Часть I
   На главнуюI. Теоретические основы II. Углеводороды III. Кислородсодержащие соединения IV. Азотсодержащие соединения V. Высокомолекулярные соединения VI. Решение задач
Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
 Оглавление (Часть I)
sp3-Гибридизация (тетраэдрическая)
Одна s- и три р-орбитали смешиваются, и образуются четыре равноценные по форме и энергии sp3-гибридные орбитали.
sp3-Атомные 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
Схема sp3-гибридизации атомных орбиталей.

Оси четырех sp3-гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов.

    Идею о направленности единиц сродства (валентностей) атома углерода по углам тетраэдра выдвигали Пастер (1844г.), Бутлеров (1862), Кекуле (1867) и др. Для объяснения оптической изомерии эти идеи были предложены независимо друг от друга в 1874 г. Вант-Гоффом и Ле Белем.
sp3-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 sp3-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.

Углерод в sp3-гибридизованном состоянии
Переход от орбитальной модели (а) к пространственной формуле (б).
Иллюстрацияlarge

На примере молекулы метана показаны объемные модели и пространственная (стереохимическая) формула молекулы с sp3-углеродным атомом:
Модели молекулы метана Модель молекулы метана
3D модель
молекулы метана
Этан H3C–CH3
Модели молекулыlarge       3D анимацияlarge
 
sp3-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 4 (примерыsp3-Гибридизация).
Углерод в sp3-гибридном состоянии находится в простом веществе алмазе – одной из аллотропных форм углерода (иллюстрации).
Это состояние характерно для атомов С, N, O и др., соединенных с другими атомами одинарными связями (sp3-атомы выделены красным цветом):
СH4, RCH3, NH3, RNH2, H2O, ROH, R2O;
а также анионам типа:    R3C:,    RO   и т.п.