4. 4. Сравнение характеристик атомных орбиталей
От типа гибридизации АО при образовании связи зависят такие важные характеристики, как
валентные углы,
энергия АО,
эффективность σ-перекрывания и
электроотрицательность атомов.
- Тип гибридизации атома в молекуле определяется числом связанных с ним атомов и числом его неподеленных электронных пар.
- Валентный угол, образуемый атомом в молекуле, определяется типом гибридизации АО и их пространственной ориентацией:
sp3 (109°28'); sp2 (120°); sp (180°).
- Энергия орбитали возрастает по мере удаления электрона от ядра атома (т.е. с увеличением номера электронного уровня). Кроме того, в пределах одного уровня s-электроны находятся ближе к ядру, чем р-электроны. Поэтому для разного типа гибридных АО энергия уменьшается с увеличением вклада s-АО в гибридизованное состояние:
sp3 (25% s-АО) > sp2 (33,3% s-АО) > sp (50% s-АО)
Сравнение энергии негибридных и гибридных АО на примере элементов 2-го периода приводит к следующему ряду:
1s < < 2s < 2sp < 2sp2 < 2sp3 < 2px = 2py = 2pz
Электронная конфигурация атома в различных состояниях и качественное соотношение энергий 1s, 2s, 2p и гибридизованных орбиталей показана на примере углерода:
- Эффективность σ-перекрывания АО и, следовательно, прочность σ-связи зависит от размеров электронного облака в направлении линии связи. Если принять радиус s-АО за 1, то по расчетам получают следующий ряд изменения относительных размеров АО и их способности к перекрыванию:
- Электроотрицательность атома возрастает с увеличением доли s-АО в гибридной орбитали. Например, для углерода она изменяется в ряду:
C (sp3) 2,5 < C (sp2) 2,8 < C(sp) 3,2
Это связано c тем, что s-АО более электроотрицательна, чем р-орбиталь (s-электроны прочнее связаны с ядром). Поэтому полярность связей С—Н увеличивается в той же последовательности:
Повышенная полярность связи С(sp)–Н объясняет кислотные свойства углеводородов с концевой тройной связью (алкинов-1) в реакциях отщепления протона и замещении его на металл (образование солей - ацетиленидов).