Sp 2-Гибридизация

sp²-Гибридизация – гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s- и двух p-электронов (рис. 1).

Рис. 1. Образование sp2-гибридных орбиталей

В результате гибридизации образуются три гибридные sp² орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу (рис. 2).

Рис. 2. Модель атома с sp2-гибридными орбиталями

Пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой включает в себя sp²-гибридные орбитали, представлена на рис. 3.

Рис. 3. Пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой включает в себя sp2-гибридные орбитали

Этот тип гибридизации наблюдается, например в молекуле BCl3. Модель этой молекулы изображена на рис. 4.

Рис. 4. Модель молекулы BCl3

 

Примеры соединений, в которых наблюдается sp²-гибридизация: SO₃, BCl₃, BF₃, AlCl₃, CO₃^2-, NO₃^-. Кроме того, sp²-гибридизация характерна для всех этиленовых углеводородов (алкенов) (общая формула C_nH_2n), карбоновых кислот и ароматических углеводородов (аренов) и других органических соединений: C₂H₄ (этилен), C₄H₈, C₆H₁₂, C₆H₆ (бензол), C₈H₁₀, C₉H₁₂, CH₃COOH, C₆H₅OH (фенол), СH₂O (формальдегид), C₅H₉NO₄ (глутаминовая кислота) и др. Атомы углерода, находящиеся во втором валентном состоянии (sp²-гибридизация) связаны друг с другом двойными химическими связями. При sp²-гибридизации атом углерода образует три σ-связи и одну π-связь с соседними атомами углерода (рис. 5).

 

Рис. 5. σ- и π-Перекрывание орбиталей между атомами с sp2-гибридными орбиталями

 

sp³-Гибридизация sp³-Гибридизация – гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s- и трех p-электронов (рис. 1).

Рис. 1. Образование sp3-гибридных орбиталей

Четыре sp³-гибридные орбитали симметрично ориентированны в пространстве под углом 109°28' (рис. 2).

Рис. 2. Модель атома с sp3-гибридными орбиталями

Пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой образован sp³-гибридными орбиталями – тетраэдр (рис. 3).

Рис. 3. Тетраэдрическая пространственная конфигурация молекулы, центральный атом которой образован sp3-гибридными орбиталями

Однако не всегда пространственная конфигурация молекулы соответствует тетраэдру, это зависит от числа атомов в молекуле. Рассмотрим подобный случай на примере молекул воды и аммиака. NH₃. Валентность атома азота – III, его пять электронов внешнего уровня занимают четыре орбитали, значит, тип гибридизации – sp³, но только три орбитали принимают участие в образовании химической связи. Тетраэдр без одной вершины превращается в пирамиду. Поэтому у молекулы аммиака форма молекулы пирамидальная, угол связи искажается до 107°30′. Аналогичные рассуждения о строении молекулы воды (H₂O) приводят нас к тому, что кислород находится в sp³ гибридном состоянии, а форма молекулы - угловая, угол связи составляет 104°27′.

На рис. 4 представлена модель молекулы метана (CH₄), в которой атом углерода подвергается sp³-гибридизации.

Рис. 4. Модель молекулы CH4

Примеры соединений, для которых характерна sp³-гибридизация: H₂O, NH₃, POCl₃, SO₂F₂, SOBr₂, NH⁴⁺, H₃O⁺. Также, sp³-гибридизация наблюдается во всех предельных углеводородах (алканы, циклоалканы) и других органческих соединениях: CH₄, C₅H₁₂, C₆H₁₄, C₈H₁₈ и др. Общая формула алканов: C_nH_2n+2. Общая формула циклоалканов: C_nH_2n. В предельных углеводородах все химические связи одинарные, поэтому между гибридными орбиталями этих соединений возможно только σ-перекрывание.