Гібридизація орбіталей у ковалентних сполуках

У багатьох ковалентних сполуках атомні орбіталі, що приймають участь у формуванні зв’язків, змішуються таким чином, що утворюються нові орбіталі із іншою просторовою конфігурацією і проміжними енергетичними характеристиками (рис. 4.17). При цьому гібридні орбіталі виразно асиметричні і утворюють стабільну конфігурацію із певним кутом між собою. При формуванні зв’язку гібридні орбіталі розщеплюються на зв’язуючу і антизв’язуючу, як показано на рис. 4.16.

Рис. 4.17. Орієнтованість гібридизованих зв’язків.

Так, змішування однієї s-орбіталі із однією p-орбіталлю утворюються дві sp-орбіталі, а із двома p-орбіталями – три sp²-орбіталі. Конфігурація із трьох гібридних sp³- орбіталейформується із s-орбіталі і трьох p-орбіталей.

Гібридизаціяописується правилом Р. Гілеспі: електронні пари розміщуються на валентній оболонці атома таким чином, щоб бути максимально віддаленими одна від другої, тобто електронні пари взаємно відштовхуються.

Асоціації атомів (молекули чи в складі кристалічного тіла, для прикладу), що виникають при зв’язуванні гібридних орбіталей, мають цілком певну конфігурацію, що контролюється типом гібридизації.

Вірогідність гібридизації визначається, перш за все, наступними факторами::

Ø Енергетичною близькістю орбіталей, що гібридизуються; в межах періоду таблиці Мендєлєєва вірогідність sp-гібридизації зменшується із збільшенням атомного номера.

Ø Енергетичним ефектом утворення зв'язків, що виникають внаслідок гібридизації; цей ефект пропорціональний силовим характеристикам атомів і тому зростає із збільшенням атомного номера в межах періоду і в групі.

Можливість гібридизації визначається співвідношенням кожного із цих факторів.

Один атом може мати декілька вірогідних схем гібридизації, що створює можливість варіацій кристалічних структур, що формуються із їх участю.

 

Гібридизація на прикладі вуглецю. Рис. 4.18. Кожний атом вуглецю використовує для зв'язку не тільки свої валентні 2p<SPAN STYLE="font-size: 10pt">2</SPAN>-електрони, але і свої валентні 2s<SPAN STYLE="font-size: 10pt">2</SPAN>-електрони. Причиною цього є гібрідизація s- і p-валентних орбіталей, утворення за їх рахунок гібридних орбіталей із проміжними енергетичними характеристиками. Гібридні орбіталі різко асиметричні і мають певний кут відносно одна одної. В алмазі sp3- гібридизація, одинакова сила та розмір всіх зв’язків і як наслідок, однорідна структура. В структурі всі чотири зв'язки еквівалентні, тобто в алмазу немає відмінностей між s і p- валентними електронами, між s і p-валентними орбіталями. В графіту sp2- гібрідизація; sp2-орбіталі розмішені в одній площині під кутом 120° між собою. Лише три із чотирьох валентних електронів утворюють ковалентний зв’язок, а четвертий електрон не локалізований, викличає появу частково металічного зв’язку і електропровідності. Існує ще одна кристалічна форма вуглецю - чаоіт (карбін) (в метеоритах та астроблемах), у якої зв’язок між атомами вуглецю має лінійну форму (вуглець двовалентний, гібридизації немає)