curs 6 hibridizarea

34
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 O R OO OO R OH OH α OOH OOH R OH OH α OOH OOH H φ Geometria moleculelor

Transcript of curs 6 hibridizarea

Page 1: 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

Page 2: curs 6 hibridizarea

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

Page 3: curs 6 hibridizarea

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

Page 4: curs 6 hibridizarea

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

Page 5: curs 6 hibridizarea

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

Page 6: curs 6 hibridizarea

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

Page 7: curs 6 hibridizarea

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

Page 8: curs 6 hibridizarea

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

Page 9: curs 6 hibridizarea

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

Page 10: curs 6 hibridizarea

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.

Page 11: curs 6 hibridizarea

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.

Page 12: curs 6 hibridizarea

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

Page 13: curs 6 hibridizarea

13

RPESV

AL4 – tetraedrică AL5 – bipiramidă trigonală

AL6 – octaedrică

RPESV

liniar trigonal planar tetraedric

Bipiramidă trigonală octaedric

Cl ClBe BF3 CH4

PCl5 SF6

Page 14: curs 6 hibridizarea

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°

Page 15: curs 6 hibridizarea

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

Page 16: curs 6 hibridizarea

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

Page 17: curs 6 hibridizarea

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

Page 18: curs 6 hibridizarea

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

Page 19: curs 6 hibridizarea

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

Page 20: curs 6 hibridizarea

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

Page 21: curs 6 hibridizarea

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

Page 22: curs 6 hibridizarea

22

Hibridizarea sp a C în acetilenăC2H2

Hibridizarea sp C în molecula de CO2

Legături σC – O

legătură π

legătură π

Page 23: curs 6 hibridizarea

23

2s 2px 2pz2py1s sp sp

Promovare 1 e–

din 2s în 2p

Hibridizare

HCN: Carbon

2s + 2px

Geometrie liniară

Page 24: curs 6 hibridizarea

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

Page 25: curs 6 hibridizarea

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

Page 26: curs 6 hibridizarea

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

Page 27: curs 6 hibridizarea

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

Page 28: curs 6 hibridizarea

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

Page 29: curs 6 hibridizarea

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

Page 30: curs 6 hibridizarea

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

Page 31: curs 6 hibridizarea

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

Page 32: curs 6 hibridizarea

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

Page 33: curs 6 hibridizarea

33

AL2E3 I3–

Geometrie liniară pentru anionul triiodură (I3)–

Liniară liniară

AL6: SeF6

e

L + E = 6 Hibridizare = sp3d2. Geometrie – octaedrică

Page 34: curs 6 hibridizarea

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