sp3 հիբրիդացված օրբիտալներ և սիգման կապեր

Եկեք հիշենք, թե ինչ արդեն գիտենք օրբիտալների մասին:Ես խոսել եմ դրանց մասին հիմնական քիմիայի վիդեոներում: Ենթադրենք, սա ատոմի միջուկն է, շատ փոքր, և նրա շուրջը մենք ունենք մեր առաջին 1s օրբիտալը: 1s օրբիտալը կարելի է պատկերացնել որպես միջուկի շուրջը գտնվող ամպ: Այսինքն, դուք ունեք 1s օրբիտալ, որը կարող է պահել 2 էլեկտրոն, ուրեմն առաջին էլեկտրոնը կգնա 1s օրբիտալ , երկրորդ էլեկտրոնը նույնպես կգնա 1s օրբիտալ: Օրինակ՝ ջրածինը ունի միայն մեկ էլեկտրոն,որը կգնա 1s օրբիտալ: Հելիումը ունի ևս մեկը, որը նույնպես կգնա 1s օրբիտալ: Եթե օրբիտալը արդեն լրացված է, կարելի է անցնել հաջորդ՝2s օրբիտալին: 2s օրբիտալը նման է 1s -ը շրջապատող թաղանթի: բայց այս ամենը մենք չենք կարող պատկերել մեր սովորական մտածելակերպի միջոցով: Կարող եք պատկերացնել այն որպես հավանական ամպ,որտեղ կարելի է գտնել էլեկտրոններ: Բայց տեսողական հիշելու համար, եկեք պատկերացնենք,որ այն թաղանթի նման մի բան է 1s օրբիտալի շուրջը: Եկեք պատկերացնենք ուրեմն,որ այն ոչ հստակ թաղանթ է 1s օրբիտալի շուրջը: ահա...այն 1s օրբիտալի շուրջն է, և մեր մյուս էլեկտրոնը կգնա այնտեղ: 4-րդ էլեկտրոնը նույնպես կգնա այնտեղ, և ես գծել եմ այս վերև-ներքև ցույց տվող սլաքները, որովհետև առաջին էլեկտրոնը ,որ գնաց 1s օրբիտալ, ունի մեկ սպին(ուղղություն) իսկ մյուս էլեկտրոնը 1s գնալու համար պիտի ունենա հակառակ սպին, որպեսզի նրանք կարողանան զուգավորվել: Նրանք ունեն հակառակ ուղղություններ: Այժմ,եթե շարունակենք ավելացնել էլեկտրոններ, պիտի տեղափոխվենք 2p օրբիտալ: Իրականում , կարող ենք դիտարկել այն որպես երեք 2p օրբիտալներ, որոնցից յուրաքանչյուրը կարող է պահել 2 էլեկտրոն, այսինքն օրբիտալը կարող է ընդհանուր տեղավորել 6 էլեկտրոն: Եկեք ես նկարեմ դրանք ձեզ համար, որ դուք պատկերացնեք: Եկեք գծենք մեր առանցքները , որ պատկերացնենք եռաչափ տարածություն: Հիմա պատկերացրեք,որ այս առանցքը x-առանցքն է: Եկեք տարբեր գույներով անենք: Ահա այս մեկը կլինի մեր y-առանցքը, սա էլ մեր z-առանցքը: Ես այն կապույտով կանեմ: Ենթադրենք,սա էլ մեր z-առանցքն է: Դուք իրականում ունեք p օրբիտալ,որը տարածվում է այս երեք առանցքների երկայնքով: Այսինքն, դուք ունեք ձեր երկու... ...ես սա կանեմ նույն գույներով: Հիմա,դուք ունեք 2p-ինդեքսում x օրբիտալ և այն ունի հանտելի ձև, որը տարածության մեջ x-ուղղությամբ է տեղադրված: Այժմ ես կփորձեմ հնարավորինս լավ պատկերել սա: Սա հանտելանման կառուցվածք է,որը x-ուղղությամբ է՝ այս երկու ուղղություններով, և այն իրականում սիմետրիկ է: Ես պատկերում եմ այս կողմում ավելի մեծ, քան մյուսում, քանի որ այն մի փոքր դեպի մեզ է գալիս, բայց թույլ տվեք մի քիչ ավելի լավ գծեմ: Ես կարող եմ ավելի լավ անել: և միգուցե սա այսպես է դուրս գալիս: Հիշե՛ք , սրանք ուղղակի հավանական ամպեր են, բայց շատ օգտակար է նմանեցնել դրանք բաների,որոնք մենք տեսել ենք , և ես մտածում եմ,որ հավանական ամպը օրբիտալը պատկերացնելու լավագույն ձևն է: Ահա,սա 2px օրբիտալն է, և ես դեռ չեմ ասել,թե ինչպես են նրանք լրացվում, ահա մենք ունենք նաև մեր 2py օրբիտալը,որը կգնա այս առանցքի ուղղությամբ: Նույն հանտելանման կառուցվածքը այս անգամ y-ուղղությամբ: Այն կգնա y-ի երկու՝ այս և այս ուղղություններով: Հետո,իհարկե, եկեք գծենք այս 2py-ը, հետո ունենք նաև 2pz , որը նույն ձևով կտեղադրվի z-առանցքի ուղղությամբ՝ այսպես և հետո ներքև: Հիմա.երբ մենք շարունակում ենք ավելացնել էլեկտրոնններ, ... առայժմ, մենք ավելացրել ենք 4 էլեկտրոն: Եթե դուք ավելացնեք 5-րդ էլեկտրոնը, կենթադրեք,որ այն կգնա ահա այս 2px օրբիտալ: Չնայած այս 2px օրբիտալը կարող է պահել 2 էլեկտրոն` առաջինը գնում է այնտեղ, իսկ հենց հաջորդ էլեկտրոնը՝ոչ: Այն իրականում ուզում է տարածվել p օրբիտալում, այսինքն՝ երկրորդ էլեկտրոնը չի գնա 2px, այն կգնա 2py: Իսկ դրա մյուսը չի գնա ո՛չ 2px, ո՛չ 2py, այլ կգնա 2pz: Նրանք փորձում են տարածվել: Հետո,եթե դուք ավելացնեք ևս մեկ էլեկտրոն, եթե ավելացնենք փաստորեն ունենք մեկ,երկու, երեք,չորս,հինգ,վեց,յոթ: Եթե ավելացնենք 8-րդ էլեկտրոնը, այն կգնա արդեն 2px օրբիտալ,ուրեմն ութերորդը կգնա այնտեղ, բայց այն կունենա հակառակ սպին: Սա ուրեմն, մի փոքր կրկնություն էր մի փոքր պատկերացնելով: Հիմա,մտապահելով այս ամենը, եկեք մտածենք ինչ կլինի ածխածնի հետ: Ածխածինը ունի 6 էլեկտրոններ: Նրա էլեկտրոնային կառուցվածքը այսպիսին է. 1s2՝երկու էլեկտրոն 1s օրբիտալում: Հետո 2s2, հետո 2p2, այնպես չէ՞: Մնաց 2 էլեկտրոն, որովհետև ընդհանուրը 6 էլեկտրոն է: Երկուսը՝այստեղ,երկուսը՝այնտեղ, երկուսն էլ պիտի լինեն,որ p օրբիտալը լրանա: Եթե առաջնորդվեք նրանով,ինչ մենք հենց նոր գծեցինք և ինչի մասին խոսեցինք, ինչ կասենք ածխածնի մասին՞: Լավ,ես կպատկերեմ նախորդի նման: Ահա,մենք ունենք մեր 1s օրբիտալը, մեր 2s օրբիտալը, հետո գալիս է 2px-ը,հետո 2py օրբիտալը, վերջում էլ մեր 2pz օրբիտալը: Եթե էլեկտրոնային կառուցվածքը հաշվի առնենք, ամեն ինչ կտեսնենք միանգամից: Սկզբում լրացվում է 1s օրբիտալը , ահա ,մեր առաջին էլեկտրոնը, երկրորդը, և երրորդ էլեկտրոնը: Այնուհետև կգնանք 2s օրբիտալ... այն լրանում է հաջորդը՝երրորդ էլեկտրոնը,հետո չորրորդը: Այնուհետև, մենք մեր 5-րդ էլեկտրոնը կուղարկենք 2px: Կարող էինք ասել 2py կամ 2z՝ կախված,թե ինչպես ենք նշանակում առանցքը: Բայց դուք պիտի ուղարկեք ձեր 5-րդ էլեկտրոնը p օրբիտալներից մեկի մեջ, իսկ արդեն 6-րդը՝մյուսի: Այսինքն, հենց դա էլ կլինի ածխածնի էլեկտրոնային կառուցվածքը: և եթե մենք պատկերեինք այն... եկեք ես գծեմ մեր առանցքները: Սա մեր y-առանցքն է, սա էլ՝ x-առանցքը: Հիմա ես կպատկերեմ մի փոքր ավելի լավ: Ահա,սա x-առանցքն է, և, իհարկե, ունենք նաև z-առանցք: Դուք պետք է մի փոքր եռաչափ մտածեք: Ահա,մենք ունենք մեր z-առանցքը, ահա այսպես: Դե սկզբում մենք լրացնում ենք 1s օրբիտալը. եթե մեր միջուկը այստեղ է,մեր 1s օրբիտալը լրացվում է 2 էլեկտրոններով: Դուք կարող եք պատկերացնել դա որպես փոքրիկ ամպ միջուկի շուրջը: Հետո,մենք լրացնում ենք 2s օրբիտալը, որը նույնպես կլինի ամպ նրա շուրջը, ինչ-որ թաղանթ նրա շուրջը: Այնուհետև մի էլեկտրոն կգնա 2px օրբիտալ,այսինքն մեկ էլեկտրոն կսկսի թռչկոտել կամ շարժվել նրա շուրջը կախված նրանից,թե ինչպես հեշտ կլինի պատկերացնել ահա այս 2px օրբիտալը: Իսկ մեր մյուս էլեկտրոնը կսկսի պտտվել կամ շարժվել 2py օրբիտալի շուրջը,այսինքն այն կշարժվի ահա այսպես: Եթե այսպես դժվար է, գիտե՞ք ինչ կարող եք ասել: Այս էլեկտրոնը, այս մեկը ահա այստեղ և այն մյուսն էլ այնտեղ,միայնակ են: Նրանցից յուրաքանչյուրը փնտրում է հակառակ սպինով ընկեր: Սրանք կլինեն միակ տեղերը, որտեղ կապեր կառաջանան: Կարելի է ենթադրել, որ x և y օրբիտալների միջև ինչ-որ կապ կառաջանա: Հիմա, դա կարելի կլիներ ենթադրել,եթե դուք հաշվի առնեիք այն, թե ինչպես են օրբիտալները լրացվում և թե ինչպիսի տեսք ունեն: Ածխածնի իրականությունը, ածխածնի ամենապարզ իրականությունը, եթե նայեք մեթանի մոլեկուլին, կլինի լրիվ տարբեր նրանից, ինչ մենք ենթադրեցինք այստեղ: Առաջին հերթին,այն ինչ մենք պիտի ակնկալենք, այն է,որ ածխածինը հավանաբար..միգուցե այն կառաջացնի 2 կապ: Բայց մենք գիտենք,որ ածխածինը առաջացնում է 4 կապ և նաև,որ այն ձգտում է հասնել էլեկտրոնների ութնյակի: Ճիշտն ասած, համարյա ամեն ատոմ ուզում է լրացնել էլեկտրոնների ութնյակ: Հետևաբար,որպեսզի դա տեղի ունենա, դուք պետք է մտածեք ուրիշ իրականության մասին: Սա իրականում այն չէ,ինչ տեղի է ունենում, երբ ածխածինը կապ է առաջացնում, այն չէ ինչ լինում է, երբ ածխածինը կապ է առաջացնում: Այն ինչ տեղի է ունենում, երբ ածխածինը կապ է առաջացնում,մտնում է sp3 հիբրիդացման քննարկման մեջ,բայց այն, ինչ կտեսնեք,այնքան էլ դժվարըմբռնելի չէ: Շատ վախեցնող է հնչում, բայց իրականում այն շատ պարզ է: Այն ինչ տեղի է ունենում,երբ ածխածինը կապ է առաջացնում ,քանի որ այն ուզում է առաջացնել 4 կապ, նրա կառուցվածքը պատկերացրեք՝ավելի նման է ահա սրան: Ահա մեր 1s-ը: Մենք ունենք 2 էլեկտրոն այստեղ: Հետո գալիս են 2s-ը, 2px-ը, 2py-ը և 2pz-ը: Այժմ,պատկերացրեք այն ուզում է առաջացնել 4 կապ: Այն ունի 4 էլեկտրոն,որոնք ուզում են զույգավորվել այլ մոլեկուլների էլեկտրոնների հետ: Մեթանի դեպքում, այդ այլ մոլեկուլը ջրածինն է: Ուրեմն, կարող եք պատկերացնել,որ իրականում էլեկտրոնները... միգուցե ջրածինը բերում է այս էլեկտրոնը ավելի բարձր էլեկտրոնային մակարդակ և դնում է 2z-ում: Սա պատկերացնելու մի ձև է: Ուրեմն այս մյուս էլեկտրոնը միգուցե մնում է այստեղ, և այս երկուսն էլ՝այստեղ և այստեղ: Հիմա հանկարծ տեսնում ենք,որ մենք ունենք արդեն 4 միայնակ էլեկտրոններ, և նրանք պատրաստ են միանալու իրար, և դա իրականում ավելի լավ է պարզաբանում՝ թե ինչպես են ածխածինները իրար միանում: Այն սիրում է միանալ 4 այլ մարդկանց հետ: Հիմա. մի քիչ վիճելի է այն, թե որ էլեկտրոնը որ օրբիտալ է գնում, և նույնիսկ եթե դուք ունեք կապի այս տեսակը, պիտի ակնկալեք կապի առաջացում x-ի, y-ի և z-ի երկայնքով: Ածխածնի դեպքում իրականությունն այն է, որ այս 4 էլեկտրոնները երկրորդ թաղանթում չեն երևում որպես... որպես...առաջինը չի երևում որպես միայն s օրբիտալին պատկանող և p-ի x-ը , y-ը և z-ը հաջորդ երեքի համար նույպես... Նրանք բոլորն էլ մի փոքր s-ի մեջ են ընկած, մի փոքր էլ p օրբիտալների: Հիմա ավելի պարզ կդարձնեմ: Ուրեմն, 2s լինելու փոխարեն , ածխածնի մոտ իրականում այն ունի 2sp3 օրբիտալի տեսք: Սա 2sp3 օրբիտալի է նման, դա նման է 2sp3 օրբիտալի. դա նման է 2sp3 օրբիտալի: Նրանք բոլորն էլ կարծես թե նույն օրբիտալում են: շատ խուճուճ է հնչում: Այս sp3 հիբրիդացված օրբիտալի տեսքը իրականում s և p օրբիտալների ձևերի միջև միջանկյալ մի բան է: Այն ունի 25% s-ի ծագում և 75% p-ի ծագում: Կարող եք պատկերացնել այն որպես այդ 4-ի խառնուրդ: և սա ածխածնի պահվածքն է: Ուրեմն,երբ խառնում ենք այդ 4-ը, s օրբիտալ ունենալու փոխարեն... ...եթե սա միջուկն է և մենք լայնակի կտրում ենք այն, s օրբիտալը նմանվում է ահա սրան, իսկ p օրբիտալը սրա նման ինչ-որ բան է ստացվում լայնակի կտրվածքում: Ահս սա s-ն է, և սա էլ p-ն: Երբ նրանք խառնվում են, օրբիտալը այսպիսի տեսք է ստանում: sp3 օրբիտալն էլ սրա նման մի բան է ստացվում: Սա հիբրիդացված sp3 օրբիտալ է: <<Հիբրիդ>> նշանակում է ինչ-որ 2 բանի համակցություն: Հիբրիդ մեքենան գազայինի և էլեկտրոնայինի համակցություն է: Հիբրիդացված օրբիտալն էլ s-ի և p-ի համակցություն է: Հիբրիդացված sp3 օրբիտալները այն ժամանակ են առաջանում, երբ ածխածինը կապվում է ջրածնի հետ.իրականում նաև այն ժամանակ,երբ այն կապվում է ցանկացած տարրի հետ: Ուրեմն,եթե նայելով մեթանի մոլեկուլին՝ մարդիկ խոսում են sp3 հիբրիդացված օրբիտալներից, նրանց ասածի իմաստն այն է,որ ածխածինը կենտրոնում է: Դիցուք՝ սա ածխածնի միջուկն է: Մեկ s և երեք p օրբիտալներ ունենալու փոխարեն, այն ունի չորս sp3 օրբիտալներ: Ես հիմա կփորձեմ հնարավորինս լավ պատկերել չորս sp3 օրբիտալները: Թող սա լինի մեծ բլթակը, որը մի տեսակ ուղղված է դեպի մեզ, իսկ մյուս կողմում էլ փոքր բլթակը: ևս մեկն ունենք, որ ունի ահա այսպիսի մեծ բլթակ, փոքր բլթակ էլ հետևում: Մի հատ էլ ունենք, որ հետևի կողմից է, հիմա նկարեմ... Դուք կարող եք պատկերացնել այն որպես եռոտանի աթոռակ, և փոքր բլթակն էլ դուրս կգա ահա այսպես: Հիմա ունենք մի հատ էլ,որի մեծ բլթակը ցցված է դեպի վեր, իսկ փոքրը ներքև է ուղղված: Կարելի է պատկերացնել այն որպես եռոտանի աթոռակ: Նրանցից մեկը ետևում է և այն բարձրանում է վերև.այսինքն՝ եռաոտ աթոռ ինչ-որ հենակով... այն նման է եռոտանու:Իմ կարծիքով հեշտ կլինի այդպես պատկերացնել: Ուրեմն, սա ածխածնի միջուկն է կենտրոնում և շուրջն էլ ջրածիններն են. սա մեր ածխածինն է ահա այստեղ, շուրջն էլ՝ ջրածինները: Ահա մի ջրածին այստեղ: Ջրածինը ունի 1 էլեկտրոն 1s օրբիտալում, ահա այն ունի միայն 1s օրբիտալ: Մի ջրածին էլ այստեղ,որը ունի միայն 1s օրբիտալ.. մեկն էլ այստեղ՝ 1s օրբիտալով մեկն էլ այ այստեղ՝ 1s օրբիտալով: Ահա թե ինչպես են ջրածնի օրբիտալն ու ածխածնի օրբիտալները խառնվում իրար: Ջրածնի 1s օրբիտալը միանում է... ...ջրածիններից յուրաքանչյուրի 1s օրբիտալը միանում է ածխածնի sp3 օրբիտալներից յուրաքանչյուրի հետ: Դա ուղղակի նշանակման ձև է: Այսինքն,երբ մարդիկ խոսում են հիբրիդացված sp3 օրբիտալների մասին, նրանց ասածի իմաստն այն է,որ ածխածինը կապ չի առաջացնում: Երբ ածխածինը... այ սա մեթանի մոլեկուլն է, չէ՞: Սա CH4ն է՝մեթանը և այն կապեր չի առաջացնում մեր սպասած ձևով՝ սովորական s-ի և p-ի միջոցով: Եթե սովորական s-ի և p-ի միջոցով կապ առաջանար, միգուցե ջրածինները կլինեին այստեղ և այստեղ, և եթե այն ունենար 4 ջրածին, միգուցե այստեղ և այստեղ, կախված թե ինչպես ենք ուզում պատկերացնել: Բայց իրականում այդպես տեղի չի ունենում: Այն ավելի նման է լինում եռոտանու: Այն ունի քառանիստի կառուցվածք: Եվ այս կառուցվածքի ամենալավ բացատրությունը,ըստ իս, այն է,որ ունենք չորս նույն ձևի օրբիտալներ և այդ չորս օրբիտալները s-ի և p-ի հիբրիդներն են: Մեկ այլ նշանակման ձև,որ պետք է իմանալ.. երբեմն մարդիկ մտածում են այն շատ խուճուճ տերմին է,բայց երբ ունենք կապ երկու մոլեկուլների միջև,որտեղ օրբիտալները ցույց են տալիս իրար վրա, ահա, պատկերացրեք այս ջրածինը այս ուղղությունն է ցույց տալիս, այս sp3 օրբիտալն էլ ՝ այս ուղղությունը, և նրանք վերածածկվում են ահա այստեղ: Սա կոչվում է սիգմա կապ, երբ վերածածկը այն նույն առանցքի երկարությամբ է, որը կստանանք,եթե միացնենք այս երկու մոլեկուլները: Այստեղ,եթե միացնենք երկու մոլեկուլները, վերածածկը կլինի նույն առանցքի վրա: Սա կովալենտ կապերի ամենաուժեղ տեսակն է, և սա լավ թեմա կլինի մյուս վիդեոյում քննարկելու համար,երբ մենք մի փոքր խոսենք պի կապերի մասին: Բայց այս վիդեոյի իմաստը ուղղակի հասկանալն է,թե ինչ է նշանակում հիբրիդացված sp3 օրբիտալ: Ոչ մի դժվար բան, այն ուղղակի s և p օրբիտալների համակցություն է: Այն ունի 25% s-ի ծագում, 75% p-իի: Այն ցույց է տալիս, թե իրականում ինչպես է ածխածինը կապեր առաջացնում, հատկապես մեթանի դեպքում: Այն ցույց է տալիս մեթանի քառանիստային կառուցվածքը: Այդ պատճառով էլ մենք տարբեր ճյուղերի միջև ունենք 109.5 աստիճանի անկյուն, որը որոշ ուսուցիչներ կպահանջեն իմանալ: և դա օգտակար է իմանալ: Եթե վերցնեք այս անկյունը, 109.5 աստիճան կլինի, նույն անկյունը նաև այստեղ,եթե հետևի կողմից նայեմ, ահա այս անկյունը, նորից 109.5 աստիճան՝ բացատրված sp3 հիբրիդացումով: Կապերը բոլորն էլ սիգմա են: Վերածածկը ջրածինը և ածխածինը միացնող առանցքի վրա է: