8.4: Vifungo vingi

Last updated
Save as PDF

Page ID: 188782

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza bonding nyingi covalent katika suala la atomiki orbital mwingiliano
Kuhusiana na dhana ya resonance kwa π-bonding na electron delanication

Mfano wa orbital wa mseto unaonekana kuhesabu vizuri kwa jiometri ya molekuli inayohusisha vifungo moja vya covalent. Je, pia ina uwezo wa kuelezea molekuli zenye vifungo viwili na vitatu? Tayari tumejadili kwamba vifungo vingi vinajumuisha vifungo vya σ na π. Next tunaweza kufikiria jinsi sisi taswira vipengele hivi na jinsi yanahusiana na orbitals mseto. Muundo wa Lewis wa ethene, C ₂ H ₄, unatuonyesha kwamba kila atomu ya kaboni imezungukwa na atomi nyingine moja ya kaboni na atomi mbili za hidrojeni.

Muundo wa Lewis unaonyeshwa ambapo atomi mbili za kaboni zinaunganishwa pamoja na dhamana mbili. Kila atomu ya kaboni huunganishwa na atomi mbili za hidrojeni kwa dhamana moja.

Mikoa mitatu ya kuunganisha huunda jiometri ya jozi ya elektroni ya trigonal. Hivyo tunatarajia vifungo σ kutoka kila atomi kaboni hutengenezwa kwa kutumia seti ya sp ² orbitals mseto kwamba matokeo ya mahuluti ya mbili ya 2 p orbitals na 2 s orbital (Kielelezo 8.22). Mizunguko hii huunda vifungo vya C—H moja na dhamana ya σ katika $C = C$ dhamana mbili (Kielelezo 8.23). Dhamana π katika $C = C$ mara mbili dhamana matokeo kutoka mwingiliano wa tatu (iliyobaki) 2 p orbital juu ya kila atomi kaboni kwamba si kushiriki katika hybridization. Hii unhybridized p orbital (lobes inavyoonekana katika nyekundu na bluu katika Kielelezo 8.23) ni perpendicular kwa ndege ya orbitals sp ² mseto. Hivyo, orbitals 2 p unhybridized huingiliana kwa mtindo wa upande mmoja, juu na chini ya mhimili wa internuclear (Kielelezo 8.23) na kuunda dhamana π.

Mchoro unaonyeshwa katika sehemu mbili, zilizounganishwa na mshale unaoelekea kulia unaoitwa, “Uchanganyiko.” Mchoro wa kushoto unaonyesha mshale unaoelekea juu ulioitwa, “E.” Kwa upande wa chini wa mshale ni mstari mfupi, usio na usawa unaoitwa, “2 s,” ambao una mishale miwili ya wima inakabiliwa juu na chini. Kwa upande wa juu wa mshale ni mfululizo wa mistari mitatu mifupi, ya usawa iliyoandikwa, “2 p.” Juu ya seti zote mbili za mistari ni maneno, “Orbitals katika atomi C pekee.” Mstari miwili ina mishale ya wima, inayowakabili inayotolewa juu yao. Upande wa kulia wa mchoro unaonyesha mistari mitatu mifupi, ya usawa iliyowekwa nusu hadi nafasi na kila kinachoitwa, “s p superscript 2.” Mshale wa nusu unaoelekea juu unatolewa kwa wima kwenye kila mstari. Juu ya mistari hii ni mstari mfupi mfupi, usio na usawa, ulioandikwa, “p.” Zaidi ya seti zote mbili za mistari ni maneno, “Orbitals katika s p superscript 2 mahuluti C atomi katika C subscript 2 H subscript 4.”

Kielelezo 8.22 Katika ethene, kila atomi ya kaboni ni sp ² iliyochanganywa, na orbitals sp ² na p orbital ni moja kwa moja ulichukua. Orbitals ya mseto huingiliana ili kuunda vifungo vya σ, wakati orbitals p kwenye kila atomi ya kaboni huingiliana ili kuunda dhamana π.

Michoro mbili zinaonyeshwa kinachoitwa, “a” na “b.” Mchoro a inaonyesha atomi mbili za kaboni na orbitals tatu za rangi ya zambarau za puto zilizopangwa katika ndege karibu nao na orbitals mbili nyekundu za puto zilizopangwa kwa wima na perpendicularly kwa ndege. Kuna mwingiliano wa orbitali mbili za zambarau kati ya atomi mbili za kaboni, na zingine orbitali nne za zambarau ambazo zinakabiliwa na nje ya molekuli zinaonyeshwa kuingiliana na orbitali za bluu za mviringo kutoka atomi nne za hidrojeni. Mchoro b inaonyesha picha sawa na mchoro a, lakini orbitals nyekundu, wima ni kuingiliana juu na chini ya ndege ya molekuli kuunda maeneo mawili lebo, “One pi dhamana.”

Kielelezo 8.23 Katika molekuli ya ethene, C ₂ H _4, kuna (a) vifungo tano σ. Moja C—C σ matokeo ya dhamana kutoka mwingiliano wa sp ² orbitals mseto juu ya atomi kaboni na moja sp ² mseto orbital juu ya atomi nyingine kaboni. Nne C—H vifungo kutokana na mwingiliano kati ya C atomi 'sp ² orbitals na orbitals s juu ya atomi hidrojeni. (b) Dhamana ya π hutengenezwa na kuingiliana kwa upande kwa upande wa orbitals mbili ambazo hazijaharibika katika atomi mbili za kaboni. Vipande viwili vya dhamana π viko juu na chini ya ndege ya mfumo wa σ.

Katika molekuli ya ethene, atomi nne za hidrojeni na atomi mbili za kaboni zote ziko kwenye ndege moja. Kama ndege mbili za orbitals sp ² mseto tilted jamaa na kila mmoja, orbitals p bila kuwa oriented kuingiliana kwa ufanisi kujenga π dhamana. Configuration planar kwa molekuli ethene hutokea kwa sababu ni imara zaidi bonding mpangilio. Hii ni tofauti kubwa kati ya vifungo σ na π; mzunguko kuzunguka vifungo moja (σ) hutokea kwa urahisi kwa sababu mwingiliano wa mwisho hadi mwisho wa orbital hautegemei mwelekeo wa jamaa wa orbitali kwenye kila atomu katika dhamana. Kwa maneno mengine, mzunguko kuzunguka mhimili wa internuclear haubadili kiwango ambacho orbitals za kuunganisha σ huingiliana kwa sababu wiani wa elektroni wa bonding ni ulinganifu kuhusu mhimili. Mzunguko kuhusu mhimili wa internuclear ni ngumu zaidi kwa vifungo vingi; hata hivyo, hii ingebadilika sana kuingiliana kwa mhimili wa mbali wa mzunguko wa π, kimsingi kuvunja dhamana π.

Katika molekuli na orbitals sp mseto, mbili unhybridized p orbitals kubaki kwenye atomi (Kielelezo 8.24). Tunaona hali hii katika acetylene, $H-CC—H,$ ambayo ni molekuli linear. Orbitals sp mseto wa atomi mbili kaboni mwingiliano mwisho hadi mwisho na kuunda dhamana σ kati ya atomi kaboni (Kielelezo 8.25). Orbitals sp iliyobaki huunda vifungo σ na atomi za hidrojeni. Vipande viwili vya unhybridized p kwa kaboni vimewekwa kama vile vinaingiliana kwa upande na, kwa hiyo, fanya vifungo viwili vya π. Atomi hizo mbili za kaboni za asetilini zinafungwa pamoja na dhamana moja σ na vifungo viwili π, kutoa dhamana ya mara tatu.

Mchoro wa atomi ya kaboni na orbitals mbili za rangi ya zambarau kama zambarau zilizoandikwa, “sp” iliyopangwa kwa mtindo wa mstari unaozunguka unaonyeshwa. Orbitals nne nyekundu kama balloon ni iliyokaa katika jozi katika shoka y na z kuzunguka kaboni na ni lebo, “unhybridized p orbital,” na, “Pili unhybridized p orbital.”

Kielelezo 8.24 Mchoro wa orbitals mbili linear sp mseto wa atomi kaboni, ambayo iko katika mstari wa moja kwa moja, na mbili unhybridized p orbitals katika pembe perpendicular.

Michoro mbili zinaonyeshwa na zimeandikwa, “a” na “b.” Mchoro a inaonyesha atomi mbili za kaboni zilizo na orbitali mbili za rangi ya zambarau za puto zilizopangwa katika ndege karibu na kila mmoja wao, na orbitals nne nyekundu kama puto hupangwa pamoja na shoka y na z perpendicular kwa ndege ya molekuli. Kuna mwingiliano wa orbitali mbili za zambarau kati ya atomi mbili za kaboni. Mizunguko mingine miwili ya zambarau ambayo inakabiliwa na nje ya molekuli huonyeshwa kuingiliana na orbitali za bluu za mviringo kutoka atomi mbili za hidrojeni. Mchoro b inaonyesha picha sawa na mchoro a, lakini nyekundu, orbitals wima ni kuingiliana juu na chini na mbele na nyuma ya ndege ya molekuli kuunda maeneo mawili lebo, “One pi dhamana,” na, “Pili pi dhamana,” kila mtawalia.

Kielelezo 8.25 (a) Katika molekuli ya asetilini, C ₂ _{H 2,} kuna vifungo viwili vya C—H σ na

C Δ C

dhamana ya mara tatu inayohusisha dhamana moja ya C - C σ na vifungo viwili vya C - C π. Mstari uliopigwa, kila kuunganisha lobes mbili, zinaonyesha kuingiliana kwa upande kwa upande wa nne ambazo hazipatikani. (b) Hii inaonyesha muhtasari wa jumla wa vifungo katika C ₂ H ₂. Vipande viwili vya kila moja ya vifungo vya π vimewekwa hela kutoka kwa kila mmoja karibu na mstari wa dhamana ya C—C σ.

Hybridization inahusisha vifungo σ tu, jozi moja ya elektroni, na elektroni moja zisizo na nguvu (radicals). Miundo ambayo akaunti kwa ajili ya makala hizi kuelezea hybridization sahihi ya atomi. Hata hivyo, miundo mingi pia inajumuisha fomu za resonance. Kumbuka kwamba fomu za resonance hutokea wakati mipango mbalimbali ya vifungo π inawezekana. Kwa kuwa mpangilio wa vifungo vya π unahusisha tu orbitals zisizosababishwa, resonance haiathiri kazi ya kuchanganyikiwa.

Kwa mfano, benzini ya molekuli ina aina mbili za resonance (Kielelezo 8.26). Tunaweza kutumia aidha ya aina hizi kuamua kwamba kila moja ya atomi kaboni ni Bonded kwa atomi nyingine tatu na jozi hakuna lone, hivyo hybridization sahihi ni sp ². Electroni katika orbitals unhybridized p fomu π vifungo. Wala muundo wa resonance hauelezei kabisa elektroni katika vifungo vya π. Haziko katika nafasi moja au nyingine, lakini kwa kweli ni delocalized katika pete. Nadharia ya dhamana ya Valence haina kushughulikia urahisi wa uharibifu. Kuunganisha katika molekuli na fomu za resonance ni bora ilivyoelezwa na nadharia ya orbital ya Masi. (Angalia Moduli ijayo.)

Mchoro unaonyeshwa kuwa imeundwa na miundo miwili ya Lewis iliyounganishwa na mshale uliomalizika mara mbili. Picha ya kushoto inaonyesha atomi sita za kaboni zilizounganishwa pamoja na vifungo viwili na vya moja ili kuunda pete ya upande mmoja. Kila kaboni pia huunganishwa na atomu ya hidrojeni kwa dhamana moja. Picha sahihi inaonyesha muundo huo, lakini vifungo mara mbili na moja kati ya atomi za kaboni vimebadilisha nafasi.

Kielelezo 8.26 Kila atomi ya kaboni katika benzini, C ₆ _{H 6}, ni sp ² iliyosababishwa, kwa kujitegemea fomu ya resonance inachukuliwa. Elektroni katika vifungo vya π hazipo katika seti moja ya orbitals p au nyingine, lakini badala ya kufutwa katika molekuli.

Mfano 8.4

Kazi ya Hybridization Kuhusisha Resonance

Baadhi ya mvua ya asidi hutokana na mmenyuko wa dioksidi ya sulfuri na mvuke wa maji ya anga, ikifuatiwa na malezi ya asidi ya sulfuriki. Dioksidi ya sulfuri, SO ₂, ni sehemu kubwa ya gesi za volkeno pamoja na bidhaa ya mwako wa makaa ya mawe yenye sulfuri. Je, ni mahuluti ya atomi ya S katika SO ₂?

Suluhisho

Miundo ya resonance ya SO ₂ ni

Miundo miwili ya Lewis iliyounganishwa na mshale wa kumalizika mara mbili huonyeshwa. Muundo wa kushoto unaonyesha atomi ya sulfuri yenye jozi moja pekee ya elektroni na ishara chanya ambayo ni moja iliyofungwa upande mmoja hadi atomu ya oksijeni yenye jozi tatu za elektroni na ishara hasi. Atomu ya sulfuri inaunganishwa mara mbili upande mwingine kwa atomi nyingine ya oksijeni yenye jozi mbili za elektroni. Muundo wa mkono wa kulia ni sawa na wa kushoto isipokuwa kwamba nafasi ya atomi ya oksijeni iliyofungwa mara mbili inabadilishwa. Katika miundo miwili atomi za oksijeni zilizounganishwa huunda angle ya papo hapo kwa suala la atomi ya sulfuri.

Atomi ya sulfuri imezungukwa na vifungo viwili na jozi moja ya elektroni katika muundo wowote wa resonance. Kwa hiyo, jiometri ya jozi ya elektroni ni mpango wa trigonal, na uharibifu wa atomi ya sulfuri ni sp ².

Angalia Kujifunza Yako

Asidi nyingine katika mvua ya asidi ni asidi ya nitriki, HNO ₃, ambayo huzalishwa na mmenyuko wa dioksidi ya nitrojeni, NO ₂, na mvuke wa maji ya anga. Je, ni hybridization ya atomi ya nitrojeni katika NO ₂? (Kumbuka: elektroni lone juu ya nitrojeni inachukua orbital hybridized kama jozi lone ingekuwa.)

Jibu:

sp ²