Back to chapter

10.7:

היברידיזציה של אורביטלים אטומיים II

JoVE 核
化学
需要订阅 JoVE 才能查看此.  登录或开始免费试用。
JoVE 核 化学
Hybridization of Atomic Orbitals II

Languages

分享

הדו-פירמידה המשולשת, האוקטהדרל וצורות אחרות של מולקולות מוסברות על ידי הנחת השתתפות של אורביטלי 3d בתהליך הכלאת האורביטלים. למולקולת זרחן פנטכלוריד יש צורת דו-פירמידה משולשת והיא כוללת 5 אלקטרוני ערכיות. זרחן משתמש באורביטל 3s, בשלושת אורביטלי 3p ובאחד מאורביטלי ה-3d כדי ליצור חמישה אורביטלי sp3d היברידיים המשתתפים בקשרי זרחן-כלור.לגופרית הקסאפלואוריד יש מבנה אוקטהדרלי והיא כוללת 6 אלקטרוני ערכיות. אורביטל ה-3s, שלושת אורביטלי ה-3p ושניים מאורביטלי 3d על גופרית יוצרים שישה אורביטלי sp3d2 היברידיים שווים. שישה אורביטלי sp3d2 אלה יוצרים מבנה אוקטהדרלי סביב הגופרית ומשתתפים ביצירה של קשרי גופרית-פלואור.רעיון ההכלאה מספק הסבר גם ליצירת קשרים מרובים. חפיפת side_on של שני אורביטלי p יוצרת קשר pi. אך קשר pi יכול להיווצר רק בקשרים כפולים ומשולשים כשקשר סיגמא כבר מתקיים בין שני אטומים.כיוון שקשר pi קיים בצדדים נגדיים של הציר הבין גרעיני, קשרי pi אינם יכולים להסתובב סביב ציר זה. במולקולת האתאן, שני הפחמנים מציגים הכלאת sp2. הערבוב בין אורביטל s אחד ושני אורביטלי p של אטום הפחמן מייצר שלושה אורביטלי sp2 מוכלאים ואורביטל p אחד נשאר מחוץ להכלאה.קשר סיגמת פחמן-פחמן נוצר כתוצאה מחפיפה של שני אורביטלי sp2 היברידיים, אחד על כל אטום פחמן. שני קשרי סיגמה פחמן-מימן על כל פחמן נוצרים כתוצאה מהחפיפה של שני אורביטלים היברידיים עם אורביטלי 1s על אטום המימן. לכן, חמישה קשרי סיגמא נוצרים במולקולת האתילן.אורביטלי ה-2p הלא מוכלאים על הפחמנים חופפים צידית זה עם זה ומייצרים קשר pi. כל ששת האטומים נמצאים באותו מישור ולכן אורביטלי 2p יכולים לחפוף זה לזה ביעילות. לכן, הקשר הכפול באתילן כולל קשר סיגמא אחד וקשר pi אחד.ניתן להסביר את הקשרים המשולשים ואת המבנה הלינארי של האתילן באמצעוצ הכלאת sp. אורביטלי 2s ו-2p של שני אטומי הפחמן עוברים הכלאה כדי לייצר שני אורביטלי sp כל אחד, ושני אורביטלי p נשארים ללא הכלאה. אחת מצורות אורביטל sp מייצרת קשר סיגמא עם אטום הפחמן האחר, בעוד שצורות אורביטל ה-sp הנותרות יוצרות קשר סיגמא עם אטום מימן.שני אורביטלי ה-2p הבלתי מוכלאים מאונכים ומצטלבים בציר המרכזי של אורביטלי sp מוכלאים. אורביטלי 2p אלה חופפים לצידם עם אורביטלי 2p של אטום הפחמן האחר, והתוצאה היא יצירת שני קשרי pi. לכן, הקשר המשולש באתילן כולל קשר סיגמא אחד ושני קשרי pi בין שני אטומי פחמן.

10.7:

היברידיזציה של אורביטלים אטומיים II

sp3d and sp3d 2 Hybridization

To describe the five bonding orbitals in a trigonal bipyramidal arrangement, we must use five of the valence shell atomic orbitals (the s orbital, the three p orbitals, and one of the d orbitals), which gives five sp3d hybrid orbitals. With an octahedral arrangement of six hybrid orbitals, we must use six valence shell atomic orbitals (the s orbital, the three p orbitals, and two of the d orbitals in its valence shell), which gives six sp3d 2 hybrid orbitals. These hybridizations are only possible for atoms that have d orbitals in their valence subshells (that is, not those in the first or second period).

In a molecule of phosphorus pentachloride, PCl5, there are five P–Cl bonds (thus five pairs of valence electrons around the phosphorus atom) directed toward the corners of a trigonal bipyramid. We use the 3s orbital, the three 3p orbitals, and one of the 3d orbitals to form the set of five sp3d hybrid orbitals that are involved in the P–Cl bonds. Other atoms that exhibit sp3d hybridization include the sulfur atom in SF4 and the chlorine atoms in ClF3 and in ClF4+

The sulfur atom in sulfur hexafluoride, SF6, exhibits sp3d 2 hybridization. A molecule of sulfur hexafluoride has six bonding pairs of electrons connecting six fluorine atoms to a single sulfur atom. There are no lone pairs of electrons on the central atom. To bond six fluorine atoms, the 3s orbital, the three 3p orbitals, and two of the 3d orbitals form six equivalent sp3d 2 hybrid orbitals, each directed toward a different corner of an octahedron. Other atoms that exhibit sp3d 2 hybridization include the phosphorus atom in PCl6, the iodine atom in the interhalogens IF6+, IF5, ICl4, IF4, and the xenon atom in XeF4.

This text has been adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 8.2: Hybrid Atomic Orbitals.