4.3.1. sp3-Гибридизация (тетраэдрическая)
Одна
s- и три
р-орбитали смешиваются, и образуются
четыре равноценные по форме и энергии
sp3-гибридные орбитали.
Орбитальная модель атома в sp3-гибридизованном состоянии.
VRML-модель (109,8 Кб).
Для атома углерода и других элементов 2-го периода этот процесс происходит по схеме:
2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)
Схема sp3-гибридизации атомных орбиталей.
Оси sp
3-гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов.
Впервые идею о направленности единиц сродства (валентностей) атома углерода по углам тетраэдра независимо друг от друга выдвинули в 1874 г. Вант-Гофф и Ле Бель.
sp
3-Орбитали могут образовывать четыре
σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.
Как наглядно изобразить пространственное строение атома в sp3-состоянии на рисунке?
В этом случае sp
3-гибридные орбитали изображают не электронными облаками, а прямыми линиями или клиньями в зависимости от пространственной ориентации орбитали. Такое схематическое изображение используется при написании стереохимических (пространственных) формул молекул.
Переход от орбитальной модели (а) к пространственной формуле (б).
См. также
рисунок.
На примере молекулы
метана показаны объемные модели и пространственная (стереохимическая) формула молекулы с
sp3-углеродным атомом:
Модель молекулы метана
Cтроение молекулы
этана C
2H
6 иллюстрируют
рисунок и
анимация.
- sp3-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 4 (схема).
Углерод в sp
3-гибридном состоянии находится в простом веществе
алмазе – одной из аллотропных форм углерода (см.
иллюстрации).
Это состояние характерно для атомов С, N, O и др., соединенных с другими атомами одинарными связями (sp
3-атомы выделены красным цветом):
СH4, RCH3, NH3, RNH2, H2O, ROH, R2O;
а также анионам типа: R
3C:
, R
O и т.п.
Следствием тетраэдрического строения sp3-атома является возможность существования двух оптических стереоизомеров у соединения, содержащего такой атом с четырьмя разными заместителями (Вант-Гофф, Ле Бель, 1874).