curs 6 hibridizarea
-
Upload
corina-raducu -
Category
Documents
-
view
5.397 -
download
8
Transcript of curs 6 hibridizarea
1
HIBRIDIZAREA OA
GEOMETRIA MOLECULELOR
• Lungimile legăturilor {R}
•Unghiuri de valenţă {α}
• Unghiuri de torsiune {Φ}
Stereochimia structura tridimensională, spaţială a
moleculelor unghiuri dintre legături, distanţe interatomice
O
H
ORROOOO
RROHOH ααOOHOOH
RROHOHααOOHOOH
H
φ
Geometria moleculelor
2
Atomii centrali din molecule sau ioni poliatomici sunt adesea hibridizaţi – orbitalii atomici OA ai stratului de valenţă îşi modificăforma, energia şi orientarea spaţială în momentul implicării lor în legături covalente OAH
molecula sau ionul poliatomic adoptă o anumită geometrie, dependentă de:
– numărul şi tipul de OA implicaţi de atomul central în legături
– numărul e– din aceşti OA – numărul legăturilor formate de atomul central cu
fiecare atom de care se leagă
Geometria moleculelorGeometria ionilor poliatomici
HIBRIDIZAREA OA
H O HH O
H
Geometrie tetraedrică
ideală
Geometrie unghiulară
• Geometria reală a moleculelor este uneori diferită de geometria prevăzută din configuraţiile electronice fundamentale ale atomilor implicaţi în legături covalente.
• Unele E (perioada a 2-a) nu respectă regula octetului în speciile chimice:– E deficitare în e– – BeCl2,
BF3 ...– E “hipervalente” – PCl5,
SF6 , IF7...
95,84 pm
3
HIBRIDIZAREA OA• Combinarea Liniară a Orbitalilor Atomici modificarea
formei OA, a eneregiei şi distribuţiei lor spaţiale un număr de Orbitali Atomici Hibrizi = OAH egal cu nr. OA care s-au combinat, toţi echivalenţi d.p.d.v. al formei şi energiei – energie intermediară între energiile OA care s-au combinat
• OAH– se ocupă cu e– – aceleaşi principii ca la OA puri– pot conţine 2 e– de legătură– pot conţine 1e– sau 2e– (dublet) neparticipant la
legătură • Tipul de hibridizare al atomului central geometria
moleculei (ion poliatomic)• OAH – formează numai legături σ, niciodată legături π
geometria speciei chimice e determinată numai delegăturile σ
HIBRIDIZAREA spMolecula BeCl2 există şi are geometrie liniară
1s
2s2p
Be în stare fundamentală pare “incapabil” de a forma legături
Ener
gia
OA
4Be0: 1s22s2
4
HIBRIDIZAREA sp a Be în molecula de BeCl2
1s
2s2p
Ener
gia
OA
1e– din OA 2s este promovat în OA 2p
2 OA monoelectronici ai Be (1OA s + 1OA p) se hibridizează 2 OAH sp care vor forma 2 legături σ cu 2 atomi de Cl; 2
OA p rămân nehibridizaţi (OA puri) şi vacanţi
1s
sp 2p
Ener
gia
OA
HIBRIDIZAREA sp a Be în BeCl2
2s2 2p↑↓
2 OAH sp
⇒ ↑ ↑
3s2 3p5
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑Be “apt” pentru formarea a 2 leg. σ cu 2 atomi de Cl
e– necuplat al atomului de Cl 2 OAH ai Be
1 OA s 1 OA p2 OAH sp
Reprezentarea de-a lungul axei de legătură a celor 2 OAH sp – unghi de 120º
Be
Cl
Hibrid
5
HIBRIDIZAREA sp2 a Be în BeCl2
Atom de Be în stare fundamentală
4Be0: 1s22s2
Promovare 1e– din 2s 2pHibridizare 1OAs + 3OAp
Be 2 legături σ
Atom de Be în stare hibridizată2 OAH sp echivalenţi, monoelectronici
1s
2s2p
Ener
gia
OA
Atomul de 7N în stare fundamentală: 1s22s22p3
1OA s + 1OA p ai fiecărui atom de N se hibridizează 2 OAH sp;
rămân fiecărui atom de N câte 2 OA puri, nehibridizaţi
1s
2 OAH sp
2OA ppuri
Ener
gia
OA
HIBRIDIZAREA sp a N în molecula de N2
Atomul de N în stare hibridizată sp
6
HIBRIDIZAREA sp a N în molecula de N2
2s2 2p3
Nsp sp p p
N
Fiecare atom de N formează 2 OAH sp: 1OAH are 1 pereche e– neparticipanţi şi 1 OAH formează 1 legătură σ cu celălalt atom de N; 2 OA p de la fiecare atom de N rămân nehibridizaţi (OA puri) şi monoelectronici vor forma 2 legături π unghiul dintre axele celor 2 OAH sp, respectiv dintre cele 2 legături σ pe care aceştia îi formează este de 120º.
LEGĂTURA TRIPLĂ (1σ+2π) ÎN MOLECULA DE N2
Leg. Leg. ππ
7
HIBRIDIZAREA sp2Molecula BF3 există şi are geometrie triunghiular planară
1s
2s2p
B în stare fundamentală pare “capabil” de a forma o singură legătură prin OA 2p monoelectronic
Ener
gia
OA
5B: 1s22s22p1
HIBRIDIZAREA sp2 a B în molecula de BF3
1s
2s2p
Ener
gia
OA
5B: 1s22s22p1 1e– din OA 2s este promovat în OA 2p
3 OA monoelectronici (1OAs + 2OAp) se hibridizează 3 OAH sp2 care formează 3 legături σ cu 3 atomi de F; 1 OA p rămâne nehibridizat şi vacant, perpendicular pe planul celor 3 OAH
1s
sp22p
Ener
gia
OA
8
HIBRIDIZAREA sp3 a B în BF3
Atom de C în stare fundamentală6C0: 1s22s22p2
Promovare 1e– din 2s 2pHibridizare 1OAs + 2OAp
Atom de Bîn stare hibridizată3 OAH sp2
B 3 legături σGeometrie triunghiular planăOA 2p pur, nehibridizat, vacanteste perpendicular pe planulcelor 3 legături σ
1 OA 2p pur, nehibridizat
HIBRIDIZAREA sp2 a B în molecula de BF3
σσ σB
FF
F
Reprezentarea celor 3 OAH sp2
coplanari, cu unghi de 120º între axele lor
9
HIBRIDIZAREA sp3
Molecula CH4 există şi are geometrie tetraedrică6C: 1s22s22p2
6C: 1s22s12p36C: 1s22s12p3
1s
2s2p
Atomul C în stare fundamentală formează obişnuit 2 legături covalente. Prin promovarea 1 e– din OA 2s în OA 2p şi hibridizarea celor 4 OA monoelectronici rezultă 4 OAH sp3 echivalenţi ca formă şi energie, orientaţi tetraedric în spaţiu formează 4 legături σ.
Ener
gia
OA
1s
2s2p
4OAHsp3
stare fundamentală1e– din OA 2s este
promovat în OA 2p
HIBRIDIZAREA sp3 a C în molecula de CH4
109.5109.5°°
xx
yyzz
4 OAH sp3 bilobari unghi de 109º5'
1 OA s + 3OA p se hibridizează 4 OAH sp3
10
Atom de C în stare fundamentală6C0: 1s22s22p2
Atom de C în stare hibridizată 4 OAH sp3
echivalenţi, monoelectronici
Promovare 1e– din 2s 2pHibridizare 1OAs + 3OAp
HIBRIDIZAREA sp3 a C în CH4
Geometrie tetraedrică
C 4 legături σ
HIBRIDIZAREA sp3d
3d3s 3p
15P stare fundamentală:
Excitarea atomului P cu promovarea 1 e– din OA 3s în OA 3d:
4 OA puri 3dvanţi
5 OAH sp3dHibridizarea 1OA s + 3 OAp + 1 OA d 5 OAH sp3d
Molecula de PCl5 există şi are o geometrie de bipiramidă trigonală.
11
HIBRIDIZAREA sp3d a P în PCl5
Atom de P în stare fundamentală15P0: 1s22s22p63s23p3
Atom de P în stare hibridizată5 OAH sp3d
Promovare 1e– din 3s 3dHibridizare 1OAs + 3OAp 1OAd
1 OAH sp3d al P
1 OA p al Cl
HIBRIDIZAREA sp3d2
3d3s 3p
16S stare fundamentală: 1s22s22p63s23p4
Excitarea atomului S cu promovarea a 2 e–, 1 e–
din OA 3s în OA 3d şi 1 e- din OA 3p în OA 3d:
3 OA 3d puri6 OAH sp3d2
Hibridizarea S:
1OA s + 3 OAp + 2 OA d 6 OAH sp3d2
Molecula SF6 există şi are geometrie octaedrică.
12
HIBRIDIZAREA sp3d2 a S în SF6
Atom de S în stare fundamentală16S0: 1s22s22p63s23p4
Atom de S în stare hibridizată6 OAH sp3d2
Promovare 2e– din 3s 3d şi 3s 3d 1OAs + 3OAp 1OAd
6 OAH1 OAH sp3d2
al S
1 OA 2p al FGeometrie octaedrică
Modelul Respingerii Perechilor de Electroni din Stratul de Valenţă (RPESV)
Perechile de e– din stratul de valenţă al atomului A –suprafaţa unei sfere – la distanţe maxim posibile – unirea punctelor în care acestea se află poliedre regulate = geometria moleculei.
Direcţiile spre vârfurile poliedrelor = direcţiile legăturilor realizate de atomul central A din moleculă cu atomii L.
AL2 – liniară AL3 – triunghiulară
13
RPESV
AL4 – tetraedrică AL5 – bipiramidă trigonală
AL6 – octaedrică
RPESV
liniar trigonal planar tetraedric
Bipiramidă trigonală octaedric
Cl ClBe BF3 CH4
PCl5 SF6
14
AL2
Geometrie liniarăH. sp
N2, CN–, BeX2, CO, CO2, N2O HC ≡ CH
A180°
AL3
Geometrie triunghiular plană
H. sp2
NO3-, CO3
2-, BO33-,
BX3-, H2C = CH2,
CH2O, COCl2
A120°
15
AL4
Geometrie tetraedrică
H. sp3
CH4, CCl4, SiF4, NH4
+, BF4-, BH4
-; SO4
2-, PO43-
H
HHH A
AL5• Geometrie bipiramidă triunghiulară • H. sp3d – atomul de P în molecula de
PCl5
Legături axiale
Legături ecuatoriale
16
AL6
Geometrie octaedricăH. sp3d2 – atomul de S în molecula de SF6
px py pz
2p
2s
1s
Carbon – stare fundamentală Carbon – stare excitată
2s,p
1s
4 OA fiecare cu 1 e- 3 posibilităţi de combinare a celor 4 OA
1 OA s + 3 OA p 4OAH sp3
1 OA s + 2 OA p
1 OA s + 1 OA p
3OAHsp2
2OAHsp
Toţi OA hibrizi
Rămâne 1OA pur formează 1 leg. π
Rămân 2OA puri formează 2 leg.π
px py pz
17
Hibridizările sp3, sp2 şisp ale atomului de C
2(sp3)
2(sp2)
2(sp)
2p
2s
E
Hibridizare sp3 / Carbon tetragonal1OAs + 3OAp 4OAH sp3
2p
2s
1s
Geometrie tetraedrică unghiul dintre legături109°28'
sp3
sp3sp3
sp3
1sH
1sH
1s H
1sH
18
Hibridizare sp2 / Carbon trigonal1OAs + 2OAp 3OAH sp2 1 OA p nehibridizat
2p
2s
1sCei 3 OAH sp2 suntcoplanari
OA 2pz (în albastruşi roşu)
perpendicular peplanul OAH
1 OA nehibridizat pt. 1 leg. π
cei 3 OAH sp2 pt. 1 leg. σ (gri)
px py pz
HIBRIDIZAREA sp2 a C
HIBRIDIZARE
19
Hibridizarea sp2 a C în molecula de C2H4
1 legătură pi (π) între cei 2 atomi de C prin OA pur nehibridizat densitate electronică maximă deasupra şi dedesuptul axei de legătură dintre cei 2 atomi de C, adică a legăturii σ.
Legăturaπ
Legătura σ
Hibridizarea sp2 a C înmolecula de C2H4
20
2s 2px 2pz2py1s sp2 sp2 sp2
120o
Hibridizare
CH2O: Carbon
Promovare 1e din 2s în 2p
120o
Geometrie trigonalplanară
2s + 2px + 2pz
2s 2px 2pz2py1s sp2 sp2 sp2
120o
Hibridizare
CH2O: Oxigen
120o
e– neparticipanţi
2s + 2px + 2pz3OAH sp2
Geometrie trigonalplanară
21
Hibridizare sp / geometrie liniarăFormarea unei legături triple impune dispoziţia liniară a atomilor care se leagă. Atomul hibridizat formează cu cei 2 OAH sp 2 leg. σ, iar cu cei 2 OA p puri formează 2 leg. π.1OAs + 1OAp 2OAH sp Rămân 2 OA p nehibridizaţi
2p
2s
1s
spspsp
spspsp
ppp
ppp
HIBRIDIZAREA sp a C
HIBRIDIZARE
22
Hibridizarea sp a C în acetilenăC2H2
Hibridizarea sp C în molecula de CO2
Legături σC – O
legătură π
legătură π
23
2s 2px 2pz2py1s sp sp
Promovare 1 e–
din 2s în 2p
Hibridizare
HCN: Carbon
2s + 2px
Geometrie liniară
24
2s 2px 2pz2py1s sp spHibridizare
În molecula de HCN şi atomul de Neste hibridizat sp, la fel ca atomul de C
2s + 2px
Geometrie liniară
Hibridizare
HIBRIDIZAREA sp3 cu 1 pereche e– neparticipanţi a N în molecula
NH3
2s 2pN
4OAH sp3
s + p + p + p
1 pereche e–
neparticipanţiGeometrie piramidă triunghiulară
25
La fel ca atomul de C din CH4,atomul de O e hibridizat sp3. Din cei4 OAH, 2 OAH sp3 sunt lianţi (Leg.cu OA 1s ai atom H) şi 2 OAH sp3
sunt ”non lianţi” conţinând 2 perechi de e- neparticipanţi.
2p,s
1s
px py pz
Configuraţia electronică a O
sp3
sp3
sp3
sp3
s
s
OAH cu e–
neparticipanţiOAHlianţi
Hibridizarea sp3 cu 2 per. e– nep. O în H2O
HIBRIDIZAREA sp3: N în NH3 şi O în H2O
Atom de N în stare fundamentală
Atom de O în stare fundamentală
Atom de N în stare hibridizată4 OAH sp3
3 OAH monoelectroniciO
1 OAH cu 1 dublet e– neparticipant
Atom de O în stare hibridizată4 OAH sp3
2 OAH monoelectronici
2 OAH monoelectronici
2 leg. σ
2 OAH cu 2 dublete e– neparticipante
3 OAH monoelectronici
3 leg. σ
26
HIBRIDIZARE sp3
N0 OAH lianţi + N0 OAH non lianţi = 4
CH4 vs. NH3
CH4 şi NH3 au 4 OAH sp3 orientaţi tetraedric. OAH sp3 al Ncu 1 pereche e– neparticipanţi ocupă o regiune mai mare în spaţiu repulsiile între e– mai mari unghiul dintre legături la NH3 mai mic decât la CH4
27
NH3 vs. H2O
NH3 H2O
107.5° 104.5°
Repulsii puterniceîntreOAH non lianţi
Repulsii întreOAH non lianţi şi OAH lianţi
Repulsii între 2 OA lianţi şi 2 OA non lianţi
Repulsii între 4 OA lianţi
Repulsii între 3 OA lianţişi 1 OA non liant> >
Efectul perechilor de e– neparticipanţi
28
Efectul perechilor de e– neparticipanţiO pereche de e– neparticipanţi ocupă în spaţiu un volum mai mare decâto pereche de e– de legătură repulsii mai puternice determinate de OAHCu perechi de e– neparticipanţi apropierea în spaţiu a OAH de legătură
Fără OAH non lianţi 1 OAH non liant 2 OAH non lianţi
Tip
N0 legături atom central
cu L
N0 per. e–
nep. atom central E
Aranjarea per. e–
atom centralGeometria moleculei
VSEPR
AL3E 3 1
AL4 4 0 tetraedric tetraedric
tetraedric piramidătrigonală
AL2E2 2 2 tetraedric unghiular
HO
H
29
Tip
N0 legături atom central
cu L
N0 per. e–
nep. atom central E
Aranjarea per. e–
atom centralGeometria moleculei
VSEPR
AL5 5 0 bipiramidătrigonală
AL4E 4 1 bipiramidătrigonală
bipiramidătrigonalătetraedru
distorsionat
Tip
N0 legături atom central
cu L
N0 per. e–
nep. atom central E
Aranjarea per. e–
atom centralGeometria moleculei
VSEPR
AL5 5 0 bipiramidătrigonală
AL4E 4 1
bipiramidătrigonală
bipiramidătrigonală
tetraedru distorsionat
AB3E2 3 2 bipiramidătrigonală Forma T
ClF
F
F
30
Tip
N0 legături atom central
cu L
N0 per. e-
nep. atom central E
Aranjarea per. e-
atom centralGeometria moleculei
VSEPR
AL5 5 0 bipiramidătrigonală
AL4E 4 1
bipiramidătrigonală
bipiramidătrigonală
tetraedru distorsionat
AL3E2 3 2 bipiramidătrigonală Forma T
AL2E3 2 3 liniară
I
I
I
bipiramidătrigonală
Tip
N0 legături atom central
cu L
N0 per. e-
nep. atom central E
Aranjarea per. e-
atom centralGeometria moleculei
VSEPR
AL5E 5 1 octaedric Piramidăpătrată
BrF F
FF
F
AL6 6 0 octaedricoctaedric
31
Tip
N0 legături atom central
cu L
N0 per. e-
nep. atom central E
Aranjarea per. e-
atom centralGeometria moleculei
VSEPR
AL5E 5 1
AL6 6 0 octaedricoctaedric
octaedric Piramidă pătrată
AL4E2 4 2 octaedric Plan pătrată
XeF F
FF
AL4E: SF4, XeO2F2
H CH
HH
L + E = 5 Hibridizare = sp3d cu 1 per e– nep.Geometrie – tetraedru deformat
32
AL3E2: ClF3, BrF3
H CH
HH
L + E = 5 Hibridizare = sp3d cu 2 per. e– nep.Geometrie – formă T
formă T
AL2E3: XeF2
HCH
H H
L + E = 5 Hibridizare = sp3d cu 3 per. e– nep.Geometrie – formă liniară
liniară
33
AL2E3 I3–
Geometrie liniară pentru anionul triiodură (I3)–
Liniară liniară
AL6: SeF6
e
L + E = 6 Hibridizare = sp3d2. Geometrie – octaedrică
34
AL5E: IF5, XeOF4, ClOF4-
H
CHH
H
L + E = 6 Hibridizare = sp3d2 cu 2 per. e– nep.Geometrie – piramidă pătrată
piramidă pătrată
AL4E2: XeF4
H
CHH
H
L + E = 6 Hibridizare = sp3d2 cu 2 per. e– nep.Geometrie – plan–pătrată
plan–pătrată