화학 표의 혼성화 유형. 전자 궤도와 분자 기하학의 혼성화

지침

가장 단순한 포화 탄화수소 분자인 메탄을 생각해 보십시오. 다음과 같습니다: CH4. 분자의 공간 모델은 사면체입니다. 탄소 원자는 길이와 에너지가 정확히 동일한 4개의 수소 원자와 결합을 형성합니다. 위의 예에 따르면 3 – P 전자와 1 S – 전자가 참여하며, 그 궤도는 사건의 결과로 다른 3개 전자의 궤도와 정확히 일치하기 시작했습니다. 이러한 유형의 혼성화를 sp^3 혼성화라고 합니다. 이는 모든 궁극기에 내재되어 있습니다.

그러나 불포화 화합물의 가장 간단한 대표자는 에틸렌입니다. 그 공식은 다음과 같습니다: C2H4. 이 물질 분자의 탄소에는 어떤 유형의 혼성화가 내재되어 있습니까? 결과적으로 3개의 궤도는 서로 120^0의 각도로 동일한 평면에 놓인 비대칭 "8자 모양" 형태로 형성됩니다. 그들은 1 – S 전자와 2 – P 전자로 구성되었습니다. 마지막 세 번째 P-전자는 궤도를 수정하지 않았습니다. 즉, 일반 "8"형태로 유지되었습니다. 이러한 유형의 혼성화를 sp^2 혼성화라고 합니다.

분자에서 결합은 어떻게 형성됩니까? 각 원자의 두 혼성 궤도는 두 개의 수소 원자와 접촉하게 됩니다. 세 번째 혼성화된 오비탈은 다른 오비탈과 동일한 오비탈과 결합을 형성했습니다. 그리고 나머지 P 오비탈은요? 그들은 분자 평면의 양쪽에서 서로 "끌어당겼습니다". 탄소 원자 사이에 결합이 형성되었습니다. sp^2를 특징으로 하는 "이중" 결합을 가진 원자입니다.

아세틸렌 분자에서는 무슨 일이 일어나는가? 그 공식은 다음과 같습니다: C2H2. 각 탄소 원자에서는 2개의 전자(1-S 및 1-P)만이 혼성화됩니다. 나머지 2개는 분자 평면과 그 양쪽에서 "정규 8" 형태로 중첩되는 궤도를 유지합니다. 이것이 바로 이러한 유형의 혼성화를 sp-혼성화라고 부르는 이유입니다. 이는 삼중 결합을 가진 원자에 내재되어 있습니다.

모두 단어는 특정 언어로 존재하며 여러 그룹으로 나눌 수 있습니다. 이는 의미와 문법적 기능을 모두 결정하는 데 중요합니다. 단어. 그것을 특정한 것에 귀속시키는 것 유형, 이전에 본 적이 없더라도 규칙에 따라 수정할 수 있습니다. 요소 유형 단어어휘학은 언어의 구성을 다룬다.

필요할 것이예요

• - 텍스트;
• - 사전.

지침

유형을 결정하려는 단어를 선택하십시오. 품사 중 하나 또는 다른 부분에 속하는 것은 문장에서의 형태와 기능과 마찬가지로 아직 역할을 수행하지 않습니다. 그것은 절대적으로 어떤 단어라도 될 수 있습니다. 작업에 표시되지 않은 경우 처음 접한 것을 적어 두십시오. 대상, 특성, 행동의 이름을 지정하는지 여부를 결정합니다. 이 매개변수의 경우 모든 것 단어주격, 대명사, 수사, 보조격, 감탄사로 나누어진다. 첫 번째 유형명사, 형용사, 동사 등을 포함합니다. 그것은 사물, 자질, 행동의 이름입니다. 명명 기능을 갖는 두 번째 유형의 단어는 대명사입니다. , 감탄사 및 서비스 유형에는 이름을 지정하는 기능이 없습니다. 이것은 상대적으로 작은 단어 그룹이지만 모든 사람에게 있습니다.

주어진 단어가 개념을 표현할 수 있는지 판단합니다. 이 기능은 다음에서 사용할 수 있습니다. 단어모든 언어의 개념적 계열을 형성하는 것이 바로 단위이기 때문입니다. 그러나 어떤 숫자도 개념의 범주에 속하므로 이 기능도 수행합니다. 기능적 단어에도 이 단어가 있지만 대명사와 감탄사에는 없습니다.

그 단어가 문장에 있었다면 어땠을지 생각해 보세요. 그럴 수 있을까? 어떤 중요한 단어라도 될 수 있습니다. 그러나 숫자와 숫자 모두 이러한 가능성을 가지고 있습니다. 하지만 공식적인 것들은 단어보조 역할을 수행합니다. 감탄사처럼 문장의 주어나 이차 구성원이 될 수 없습니다.

편의상 4개의 열과 6개의 행으로 구성된 테이블을 만들 수 있습니다. 맨 위 행에서 해당 열에 "단어 유형", "명명", "개념" 및 "문장의 일부가 될 수 있음"이라는 레이블을 지정합니다. 왼쪽 첫 번째 열에는 단어 유형의 이름을 적으십시오. 그 중 5개가 있습니다. 주어진 단어에 어떤 기능이 있고 어떤 기능이 없는지 결정합니다. 해당 열에 플러스 및 을 입력하십시오. 세 열 모두에 플러스가 포함되어 있으면 이는 중요한 유형입니다. 대명사 플러스는 첫 번째와 세 번째 열, 두 번째와 세 번째 열에 나타납니다. 서비스 단어개념만 표현할 수 있습니다. 즉, 두 번째 열에 플러스가 하나 있습니다. 세 열 모두의 감탄사 반대편에는 마이너스가 있습니다.

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혼성화는 다양한 품종과 품종을 교배하여 식물이나 동물과 같은 잡종을 얻는 과정입니다. 하이브리드(hibrida)라는 단어는 라틴어에서 "교배종"으로 번역됩니다.

혼성화: 자연과 인공

혼성화 과정은 서로 다른 개체의 서로 다른 세포에서 얻은 유전 물질을 하나의 세포에 결합하는 것을 기반으로 합니다. 서로 다른 게놈의 연결이 발생하는 종내와 원거리 사이에는 차이가 있습니다. 자연계에서는 인간의 개입 없이도 자연적인 교배가 이루어졌고 계속해서 일어나고 있습니다. 식물이 변하고 개량되고 새로운 변종과 동물의 품종이 나타나는 것은 종 내에서의 교배를 통해서였습니다. 관점에서 보면 DNA, 핵산의 혼성화, 원자 및 원자 내 수준의 변화가 발생합니다.

학술 화학에서 혼성화는 물질 분자 내 원자 궤도의 특정 상호 작용을 의미합니다. 그러나 이것은 실제 물리적 과정이 아니라 단지 가상의 모델, 개념일 뿐입니다.

작물 생산의 잡종

1694년 독일 과학자 R. Camerarius는 인공 생산을 제안했습니다. 그리고 1717년에 영국의 T. Fairchild가 처음으로 다양한 종류의 카네이션을 교배했습니다. 오늘날, 식물의 종간 교배는 예를 들어 서리 저항성 품종과 같이 수확량이 많거나 적응된 품종을 얻기 위해 수행됩니다. 형태와 품종의 교배는 식물 육종 방법 중 하나입니다. 이런 식으로 수많은 현대 농작물 품종이 만들어졌습니다.

원거리 교배 과정에서 서로 다른 종의 대표자가 교배되고 서로 다른 게놈이 결합되면 대부분의 경우 결과 잡종은 자손을 생산하지 않거나 품질이 낮은 교배를 생성합니다. 그렇기 때문에 잡종 오이의 씨앗을 정원에서 익히고 매번 전문점에서 씨앗을 구입하는 것은 의미가 없습니다.

가축 사육

세계에서는 종내 및 원거리의 자연 교배도 발생합니다. 노새는 우리 시대보다 2000년 전에 인간에게 알려졌습니다. 그리고 현재 노새와 노새는 상대적으로 값싼 일하는 동물로 가정에서 사용되고 있습니다. 사실, 그러한 잡종화는 종간이므로 수컷 잡종은 필연적으로 불임 상태로 태어납니다. 암컷은 새끼를 낳는 경우가 거의 없습니다.

노새는 암말과 당나귀의 잡종이다. 종마와 당나귀를 교배하여 얻은 잡종을 히니라고 합니다. 노새는 특별히 사육됩니다. 그들은 히니보다 키가 크고 힘이 세다.

그러나 집개와 늑대를 교배시키는 것은 사냥꾼들 사이에서 매우 흔한 활동이었습니다. 그런 다음, 생성된 자손은 추가 선택을 거쳐 새로운 품종의 개를 만들었습니다. 오늘날 동물 선택은 축산업 성공의 중요한 요소입니다. 하이브리드화는 지정된 매개변수에 초점을 맞춰 의도적으로 수행됩니다.

JSC의 혼성화- 이것은 모양과 에너지 면에서 원자가 AO의 정렬입니다. 화학 결합이 형성되는 동안.

1. 에너지가 충분히 가까운 AO(예: 2s 및 2p 원자 궤도)만 혼성화에 참여할 수 있습니다.

2. 빈(자유) AO, 짝을 이루지 않은 전자와 고립 전자쌍이 있는 오비탈은 혼성화에 참여할 수 있습니다.

3. 혼성화의 결과로 새로운 혼성 오비탈이 나타나며, 이는 다른 원자의 오비탈과 겹친 후 전자쌍이 최대한 멀리 떨어져 있는 방식으로 공간에서 배향됩니다. 이 분자 상태는 같은 전하를 띤 전자의 최대 반발로 인한 최소 에너지에 해당합니다.

4. 혼성화 유형(혼성화되는 AO의 수)은 주어진 원자를 "공격하는" 원자의 수와 주어진 원자의 고립 전자쌍의 수에 의해 결정됩니다.

예. BF 3. 결합이 형성되는 순간 원자 B의 AO 재배열이 일어나 여기 상태로 전환됩니다: B 1s 2 2s 2 2p 1 ® B* 1s 2 2s 1 2p 2 .

하이브리드 합자회사는 120° 각도로 위치합니다. 분자의 모양은 규칙적이다 삼각형(평면, 삼각형):

3. sp 3 -혼성화.이러한 유형의 혼성화는 4번째 그룹의 원자에 일반적입니다( 예: 탄소, 실리콘, 게르마늄) EH 4 유형의 분자뿐만 아니라 다이아몬드의 C 원자, 알칸 분자, NH 3, NH 4 + 분자의 N 원자, H 2 O 분자의 O 원자 등

예시 1.채널 4. 결합이 형성되는 순간 C 원자의 AO 구조가 조정되어 여기 상태가 됩니다. C 1s 2 2s 2 2p 2 ® C* 1s 2 2s 1 2p 3 .

하이브리드 합자회사는 약 28인치 각도로 109도 각도로 위치해 있습니다.

예시 2. NH 3 및 NH 4 +.

N 원자의 전자 구조: 1s 2 2s 2 2p 3. 짝을 이루지 않은 전자를 포함하는 3개의 AO와 고립 전자쌍을 포함하는 1개의 AO가 혼성화됩니다. s-결합의 전자쌍에서 고독한 전자쌍의 반발력이 더 강하기 때문에 암모니아 분자의 결합각은 107.3o입니다(직접보다는 사면체에 더 가깝습니다).

분자는 삼각뿔 모양을 하고 있다:

sp 3 혼성화의 개념은 암모늄 이온의 형성 가능성과 그 결합의 등가성을 설명하는 것을 가능하게 합니다.

예시 3. H2O.

O 원자 1s 2 2s 2 2p 4의 전자 구조. 짝을 이루지 않은 전자를 포함하는 2개의 AO와 고립 전자쌍을 포함하는 2개의 AO가 혼성화됩니다. 물 분자의 결합각은 104.5°입니다(직선형보다는 사면체형에 더 가깝습니다).

분자는 각진 모양을 가지고 있다:

sp 3 혼성화의 개념은 옥소늄(히드로늄) 이온의 형성 가능성과 얼음 구조의 각 분자에 의한 4개의 수소 결합 형성 가능성을 설명하는 것을 가능하게 합니다.

4. sp 3 d-혼성화.이러한 유형의 혼성화는 EC 5 유형의 분자에서 5족 원소(P로 시작)의 원자에 대해 일반적입니다.

예. PCl5. 바닥 상태와 들뜬 상태에서 P 원자의 전자 구조: P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ® P* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 1 . 분자 모양 - 육면체(더 정확하게는 - 삼각쌍뿔):

5. sp 3d 2 혼성화.이러한 유형의 혼성화는 EC 6 유형의 분자에서 6족 원소(S로 시작)의 원자에 대해 일반적입니다.

예. SF 6. 바닥 상태와 들뜬 상태에서 S 원자의 전자 구조: S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 ® P* 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 3 3d 2 .

분자 모양 - 팔면체 :

6. sp 3 d 3 혼성화.이러한 유형의 혼성화는 EC 7 유형의 분자에서 7족 원소(Cl로 시작)의 원자에 대해 일반적입니다.

예. 만약 7. 바닥 상태와 들뜬 상태에서 F 원자의 전자 구조: I 5s 2 3p 5 ® I* 5s 1 3p 3 3d 3 . 분자 모양 - 십이면체(더 정확하게는 - 오각형 쌍뿔):

7. sp 3 d 4 혼성화.이러한 유형의 혼성화는 EC 8 유형의 분자에서 8족 원소(He 및 Ne 제외)의 원자에 대해 일반적입니다.

예. XEF 8. 바닥 상태와 들뜬 상태의 Xe 원자의 전자 구조: Xe 5s 2 3p 6 ® Xe* 5s 1 3p 3 3d 4.

분자 모양 - 십이 면체:

다른 유형의 AO 혼성화가 있을 수 있습니다.

원자가 바닥 상태(예: 탄소 원자)에서 짝을 이루지 않은 전자의 수보다 더 많은 수의 결합을 형성하는 사실을 설명하기 위해 에너지가 가까운 원자 궤도의 혼성화 가정이 사용됩니다. AO 혼성화가 발생합니다. 공유결합을 형성할 때, 이로 인해 더 효율적인 궤도 중첩이 발생하는 경우. 탄소 원자의 혼성화는 2로부터의 여기와 전자 이동을 동반합니다. 에스- 2시에 아르 자형-AO:

탄소 원자의 바닥 상태와 들뜬 상태.

JSC의 혼성화-이것은 동일한 모양과 에너지의 하이브리드 궤도가 형성되는 서로 다른 유형이지만 에너지가 유사한 주어진 원자의 원자 궤도의 상호 작용 (혼합)입니다.

예를 들어, 2s-AO를 2와 혼합 피-AO는 두 개의 하이브리드 2를 제공합니다. sp-AO:

에너지 차이가 ​​큰 AO(예: 1 에스그리고 2 아르 자형) 혼성화를 시작하지 마십시오. 혼성화 참여자 수에 따라 피-AO 다음과 같은 유형의 혼성화가 가능합니다.

탄소 및 질소 원자의 경우 - sp 3 , sp 2 및 sp;

산소 원자의 경우 - sp 3 , sp 2 ;

할로겐용 - sp 3 .

하이브리드 AO는 비대칭이며 코어의 한쪽으로 강하게 늘어납니다(불규칙한 8자 모양).

비하이브리드와 달리 에스- 또는 아르 자형-AO, 화학적 결합을 잘 형성하는 하나의 큰 엽과 일반적으로 묘사되지 않는 작은 엽이 있습니다. 다양한 유형의 궤도와 상호 작용하는 하이브리드 AO( 에스-, 아르 자형- 또는 다른 원자의 하이브리드 AO)는 일반적으로 s-MO를 제공합니다. s-결합을 형성합니다. 이 결합은 보다 효율적인 중첩으로 인해 비하이브리드 AO의 전자에 의해 형성된 결합보다 더 강합니다.

3.3.1. sp 3 -혼성화(사면체).

하나 에스- 그리고 세 개 아르 자형 네형태와 에너지가 동일함 sp 3-하이브리드 오비탈.

sp 3 혼성 상태에 있는 원자의 궤도 모델.

두 번째 기간의 탄소 원자 및 기타 원소의 경우 이 과정은 다음 계획에 따라 발생합니다.

2s + 2p x + 2p y + 2p z = 4 (2sp 3)

원자 궤도의 sp 3 혼성화 계획.

sp 3 혼성 오비탈의 축은 정사면체의 꼭지점을 향합니다. 그들 사이의 사면체 각도는 109°28"이며, 이는 가장 낮은 전자 반발 에너지에 해당합니다.

처음으로 사면체 모서리에 있는 탄소 원자의 친화도 단위(원가)의 방향에 대한 아이디어가 서로 독립적으로 1874년 Van't Hoff와 Le Bel에 의해 제시되었습니다.

sp 3 오비탈은 다른 원자와 4개의 s 결합을 형성하거나 비공유 전자쌍으로 채워질 수 있습니다.

sp 3 상태에 있는 원자의 공간 구조를 그림에서 어떻게 명확하게 묘사할 수 있습니까?

이 경우 sp 3 -하이브리드 오비탈은 전자 구름으로 표시되지 않고 오비탈의 공간적 방향에 따라 직선이나 쐐기로 표시됩니다. 이 도식적 표현은 분자의 입체화학(공간) 공식을 작성할 때 사용됩니다.

궤도 모델(a)에서 공간 공식(b)으로의 전환.

메탄 분자의 예를 사용하여 sp 3 탄소 원자를 갖는 분자의 3차원 모델과 공간(입체화학) 공식이 표시됩니다.

메탄 분자 모델

sp 3 -혼성 상태는 원자와 관련된 원자 수와 고독 전자쌍 수의 합이 4인 경우 원자의 특징입니다.

sp 3 하이브리드 상태의 탄소는 단순한 물질인 다이아몬드에서 발견됩니다. 이 상태는 단일 결합으로 다른 원자에 연결된 원자 C, N, O 등에 대해 일반적입니다(sp 3 원자는 빨간색으로 강조 표시됨).

와 함께 H4,R 씨 H3, N H3, R N H2, H2 영형, R 영형 H, R 2 영형;

다음과 같은 음이온도 포함됩니다.

R 3 씨: - , R 영형 - .

sp 3 원자의 사면체 구조의 결과로 4개의 서로 다른 치환기를 갖는 원자를 포함하는 화합물에 2개의 광학 입체이성체가 존재할 가능성이 있습니다(Van't Hoff, Le Bel, 1874).

3.3.2. sp 2 -혼성화(평면-삼각형).

하나 에스- 그리고 둘 피-오비탈이 혼합되어 형성됨 삼동등한 sp 120° 각도로 동일한 평면에 위치한 2-하이브리드 궤도(파란색으로 강조 표시). 그들은 세 개의 s-결합을 형성할 수 있습니다. 제삼 아르 자형-궤도는 혼성화되지 않은 상태로 유지되며 혼성 궤도의 위치 평면에 수직으로 향합니다. 이것 아르 자형-AO는 p-결합 형성에 참여합니다.

두 번째 기간 요소의 경우 프로세스 sp 2-혼성화는 다음 계획에 따라 발생합니다.

2s + 2p x + 2p y = 3 (2sp 2) 2p z -AO는 혼성화에 관여하지 않습니다.

sp 2 상태에 있는 원자의 공간 구조를 묘사하기 위해 sp 3 원자의 경우와 동일한 기술이 사용됩니다.

sp 2 혼성화 상태의 원자 궤도 모델(a)에서 공간식(b)으로의 전환. sp 2 원자를 가진 분자의 구조는 해당 모델에 반영됩니다.

에틸렌 분자 모델

sp 2 -혼성 상태는 원자와 관련된 원자 수와 고독한 전자쌍의 수가 같은 경우 원자의 특징입니다.3

sp 2 혼성 상태의 탄소는 단순 물질 흑연을 형성합니다. 이 상태는 이중 결합이 있는 원자 C, N, O 등에 대해 일반적입니다(sp 2 원자는 빨간색으로 강조 표시됨).

H 2 씨=씨 H2, H2 씨=씨인사, R 2 씨=N R, R- N=N-R, R 2 씨=영형, R- N=영형,

뿐만 아니라 다음과 같은 양이온에 대해서도

R 3 씨+ 및 자유 라디칼 R 3 씨 · .

분자의 쌍극자 모멘트

원자가 결합 방법은 화학 입자의 각 원자 쌍이 하나 이상의 전자 쌍에 의해 함께 유지된다는 개념을 기반으로 합니다. 이러한 전자쌍은 결합된 두 원자에 속하며 두 원자 사이의 공간에 국한됩니다. 결합된 원자의 핵이 전자에 끌리므로 화학 결합이 발생합니다.

겹치는 원자 궤도

화학 입자의 전자 구조를 설명할 때 사회화된 전자를 포함한 전자는 개별 원자에 할당되고 그 상태는 원자 궤도로 설명됩니다. 슈뢰딩거 방정식을 풀 때 시스템의 최소 전자 에너지, 즉 결합 에너지의 최대 값을 제공하도록 대략적인 파동 함수가 선택됩니다. 이 조건은 하나의 결합에 속하는 궤도의 최대 중첩으로 달성됩니다. 따라서 두 원자를 연결하는 전자쌍은 원자 궤도가 겹치는 영역에 위치합니다.

겹치는 궤도는 핵간 축에 대해 동일한 대칭을 가져야 합니다.

원자핵을 연결하는 선을 따라 원자 궤도가 겹치면 σ 결합이 형성됩니다. 화학 입자의 두 원자 사이에는 단 하나의 σ 결합만 가능합니다. 모든 σ 결합은 핵간 축을 기준으로 축 대칭을 갖습니다. 화학 입자 조각은 σ 결합을 형성하는 원자 궤도의 중첩 정도를 방해하지 않고 핵간 축을 중심으로 회전할 수 있습니다. 공간적으로 엄격하게 방향이 지정된 일련의 σ-결합은 화학 입자의 구조를 생성합니다.

결합선에 수직인 원자 궤도가 추가로 겹쳐지면 π 결합이 형성됩니다.

결과적으로 원자 사이에 다중 결합이 발생합니다.

단일(σ)	이중(σ +π)	삼중(σ + π + π)
F−F	O=O	N=N

축 대칭이 없는 π-결합이 나타나면 π-결합이 파열되므로 σ-결합 주위의 화학 입자 조각의 자유로운 회전이 불가능해집니다. σ- 및 π-결합 외에도 다른 유형의 결합, 즉 δ-결합의 형성이 가능합니다.

일반적으로 이러한 결합은 원자가 다음을 갖는 경우 원자가 σ- 및 π-결합을 형성한 후에 형성됩니다. 디- 그리고 에프-한 번에 네 곳에서 "꽃잎"을 겹쳐서 궤도를 만듭니다. 결과적으로 통신의 다양성은 4-5로 증가할 수 있습니다.
예를 들어, 옥타클로로디레네이트(III) 이온 2-에서는 레늄 원자 사이에 4개의 결합이 형성됩니다.

공유 결합 형성 메커니즘

공유결합 형성에는 여러 가지 메커니즘이 있습니다. 교환(동등한), 기증자-수용자, 여격.

교환 메커니즘을 사용할 때 결합 형성은 원자의 자유 전자 스핀 쌍의 결과로 간주됩니다. 이 경우 이웃 원자의 두 원자 궤도가 겹쳐지며 각 궤도는 하나의 전자가 차지합니다. 따라서 결합된 원자 각각은 마치 교환을 하듯 공유를 위해 전자쌍을 할당합니다. 예를 들어, 삼불화붕소 분자가 원자로 형성되면 각각 하나의 전자를 포함하는 붕소의 세 원자 궤도는 세 개의 불소 원자로 구성된 세 원자 궤도(각각은 하나의 짝을 이루지 않은 전자도 포함)와 겹칩니다. 해당 원자 궤도의 중첩 영역에서 전자 쌍이 결합하면 세 쌍의 전자가 나타나 원자를 분자로 연결합니다.

공여체-수용체 메커니즘에 따르면 한 원자의 전자 쌍이 있는 궤도와 다른 원자의 자유 궤도가 겹칩니다. 이 경우 중첩 영역에도 전자쌍이 나타난다. 예를 들어, 공여체-수용체 메커니즘에 따르면 삼불화붕소 분자에 불소 이온이 첨가되는 현상이 발생합니다. 빈 아르 자형- BF 3 분자의 붕소 궤도(전자쌍 수용체)가 다음과 겹칩니다. 아르 자형- 전자쌍의 공여체 역할을 하는 F − 이온의 궤도. 생성된 이온에서 4개의 공유 붕소-불소 결합은 형성 메커니즘의 차이에도 불구하고 길이와 에너지가 모두 동일합니다.

외부 전자 껍질이 다음으로만 구성된 원자 에스- 그리고 아르 자형-오비탈은 전자쌍의 기증자 또는 수용체일 수 있습니다. 외부 전자 껍질에 다음이 포함된 원자 디-오비탈은 전자쌍의 기증자이자 수용체 역할을 할 수 있습니다. 이 경우 결합 형성의 기본 메커니즘이 고려됩니다. 결합 형성 중 기본 메커니즘의 발현 예는 두 염소 원자의 상호 작용입니다. Cl 2 분자의 두 염소 원자는 교환 메커니즘에 따라 공유 결합을 형성하여 짝을 이루지 않은 3을 결합합니다. 아르 자형-전자. 게다가 오버랩 3도 있는데 아르 자형- 전자쌍을 갖고 있는 Cl-1 원자의 궤도와 빈 3 디-Cl-2 원자의 궤도 및 중첩 3 아르 자형- 전자쌍을 갖고 있는 Cl-2 원자의 궤도와 빈 3 디-Cl-1 원자의 궤도. 기본 메커니즘의 작용으로 결합 강도가 증가합니다. 따라서 Cl 2 분자는 교환 메커니즘에 의해서만 공유 결합이 형성되는 F 2 분자보다 강합니다.

원자 궤도의 혼성화

화학 입자의 기하학적 모양을 결정할 때 화학 결합을 형성하지 않는 전자 쌍을 포함하여 중심 원자의 외부 전자 쌍이 가능한 한 서로 멀리 떨어져 있다는 점을 고려해야합니다.

공유 화학 결합을 고려할 때 중심 원자 궤도의 혼성화 개념, 즉 에너지와 모양의 정렬이 자주 사용됩니다. 혼성화는 자유 원자와 비교하여 화학 입자의 궤도 재배열에 대한 양자 화학적 설명에 사용되는 공식적인 기술입니다. 원자 궤도 혼성화의 본질은 결합된 원자의 핵 근처에 있는 전자가 단일 원자 궤도를 갖는 것이 아니라 동일한 주양자수를 갖는 원자 궤도의 조합을 특징으로 한다는 것입니다. 이 조합을 하이브리드 궤도라고합니다. 일반적으로 혼성화는 전자가 차지하는 더 높고 유사한 에너지 원자 궤도에만 영향을 미칩니다.

혼성화의 결과로 새로운 혼성 궤도가 나타납니다 (그림 24). 이는 그 위에 위치한 전자 쌍 (또는 짝을 이루지 않은 전자)이 가능한 한 멀리 떨어져 있도록 공간에서 방향을 지정합니다 (그림 24). 이는 최소 에너지에 해당합니다. 전자간 반발력. 따라서 혼성화 유형에 따라 분자 또는 이온의 기하학적 구조가 결정됩니다.

혼성화의 유형

혼성화에는 결합 전자뿐만 아니라 고립 전자쌍도 포함됩니다. 예를 들어, 물 분자는 산소 원자와 두 개의 수소 원자 사이에 두 개의 공유 화학 결합을 포함합니다.

수소 원자와 공유되는 두 쌍의 전자 외에도 산소 원자에는 결합 형성에 참여하지 않는 두 쌍의 외부 전자(고립 전자쌍)가 있습니다. 네 쌍의 전자는 모두 산소 원자 주변 공간의 특정 영역을 차지합니다.
전자들은 서로 반발하기 때문에 전자 구름은 최대한 멀리 떨어져 위치합니다. 이 경우 혼성화의 결과로 원자 궤도의 모양이 바뀌고 사면체의 꼭지점을 향하게 됩니다. 따라서 물 분자는 각진 모양을 가지며 산소-수소 결합 사이의 각도는 104.5o입니다.

혼성화 유형을 예측하는 데 사용하는 것이 편리합니다. 기증자-수용자 메커니즘결합 형성: 전기음성도가 낮은 원소의 빈 궤도와 전기음성도가 더 높은 원소의 궤도 사이에 전자쌍이 위치하는 중첩이 있습니다. 원자의 전자 구성을 컴파일할 때 고려됩니다. 산화 상태- 물질의 이온 구조를 가정하여 계산된 화합물의 원자 전하를 나타내는 조건부 숫자입니다.

혼성화 유형과 화학 입자의 모양을 결정하려면 다음과 같이 진행하십시오.

화학 입자의 기하학적 구조는 혼성화 유형에 따라 결정됩니다.

π 결합의 존재는 혼성화 유형에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 추가 결합이 있으면 다중 결합의 전자가 서로 더 강하게 반발하기 때문에 결합 각도가 변경될 수 있습니다. 이러한 이유로, 예를 들어 NO 2 분자의 결합각( sp 2-혼성화)가 120o에서 134o로 증가합니다.

이 분자의 질소-산소 결합의 다중도는 1.5이며, 여기서 1은 하나의 σ 결합에 해당하고, 0.5는 혼성화에 관여하지 않는 질소 원자의 궤도 수(1)와 수의 비율과 같습니다. π-결합을 형성하는 산소 원자에 남아 있는 활성 전자쌍의 수(2). 따라서, π 결합의 비편재화가 관찰됩니다(비편재화된 결합은 공유 결합이며, 그 다중도는 정수로 표현될 수 없습니다).

언제 sp, sp 2 , sp 3 , sp 3 디화학 입자의 기하학적 구조를 설명하는 다면체의 2개의 꼭지점 혼성화는 동일하므로 다중 결합과 고립 전자쌍이 그 중 하나를 차지할 수 있습니다. 하지만 sp 3 디-혼성화 답변 삼각쌍뿔, 여기서 피라미드의 밑면(적도면)에 위치한 원자의 결합각은 120o이고, 쌍뿔의 꼭지점에 위치한 원자의 결합각은 90o입니다. 실험은 고독한 전자쌍이 항상 삼각쌍뿔의 적도면에 위치한다는 것을 보여줍니다. 이를 바탕으로 결합 형성에 관여하는 전자쌍보다 더 많은 자유 공간이 필요하다는 결론을 얻었습니다. 이러한 비공유 전자쌍 배열을 갖는 입자의 예는 사불화황입니다(그림 27). 중심 원자가 동시에 고립 전자쌍을 갖고 다중 결합을 형성하는 경우(예: XeOF 2 분자에서) sp 3 디-혼성화, 그들은 삼각 쌍뿔의 적도면에 위치합니다(그림 28).

분자의 쌍극자 모멘트

이상적인 공유 결합은 동일한 원자(H 2, N 2 등)로 구성된 입자에만 존재합니다. 서로 다른 원자 사이에 결합이 형성되면 전자 밀도가 원자핵 중 하나로 이동합니다. 즉 결합의 분극이 발생합니다. 결합의 극성은 쌍극자 모멘트로 특징지어집니다.

분자의 쌍극자 모멘트는 화학 결합의 쌍극자 모멘트의 벡터 합과 같습니다(비공유 전자쌍의 존재를 고려). 극성 결합이 분자 내에서 대칭으로 배열되면 양전하와 음전하가 서로 상쇄되어 분자 전체가 비극성이 됩니다. 예를 들어 이산화탄소 분자의 경우에 이런 일이 발생합니다. 극성 결합의 비대칭 배열(따라서 전자 밀도)을 갖는 다원자 분자는 일반적으로 극성입니다. 이는 특히 물 분자에 적용됩니다.

분자의 결과적인 쌍극자 모멘트는 고립 전자쌍의 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 NH 3 및 NF 3 분자는 사면체 기하학을 갖습니다(비공유 전자쌍을 고려). 질소-수소 결합과 질소-불소 결합의 이온도는 각각 15%와 19%이고, 길이는 각각 101pm과 137pm이다. 이를 바탕으로 NF 3의 쌍극자 모멘트가 더 크다는 결론을 내릴 수 있습니다. 그러나 실험은 그 반대를 보여줍니다. 쌍극자 모멘트를 보다 정확하게 예측하려면 고립쌍의 쌍극자 모멘트 방향을 고려해야 합니다(그림 29).

이종 교잡– 원자 궤도의 정렬(혼합)( 에스그리고 아르 자형)라고 불리는 새로운 원자 궤도의 형성과 함께 하이브리드 궤도.

원자 궤도원자핵 주위 공간의 각 지점에서 전자 구름의 밀도를 설명하는 함수입니다. 전자구름은 높은 확률로 전자를 탐지할 수 있는 공간 영역이다.

Sp 혼성화

하나의 s-궤도와 하나의 p-궤도가 혼합될 때 발생합니다. 180도 각도로 선형으로 위치하며 중심 원자의 핵과 다른 방향으로 향하는 두 개의 등가 sp 원자 궤도가 형성됩니다. 나머지 두 개의 비하이브리드 p-오비탈은 서로 수직인 평면에 위치하며 π 결합 형성에 참여하거나 고립 전자쌍을 차지합니다.

Sp2 혼성화

Sp2 혼성화

하나의 s-오비탈과 두 개의 p-오비탈이 혼합될 때 발생합니다. 3개의 하이브리드 오비탈은 동일한 평면에 위치한 축으로 형성되며 120도 각도로 삼각형의 꼭지점을 향합니다. 비혼성 p-원자 궤도는 평면에 수직이며 일반적으로 π 결합 형성에 관여합니다.

표는 모든 혼성 오비탈이 화학 결합 형성에 관여한다는 가정하에(고립 전자쌍은 없음) 가장 일반적인 혼성화 유형과 분자의 기하학적 구조 사이의 대응 예를 보여줍니다.

4. 전자결합, 공유결합, 공여체-수용체, 수소 결합. σ 및 π 결합의 전자 구조. 공유 결합의 주요 특징: 결합 에너지, 길이, 결합 각도, 극성, 분극성.

두 원자 또는 두 원자 그룹 사이에 정전기적 상호 작용이 있어 강한 인력과 화학 결합이 형성되는 경우 이러한 결합을 호출합니다. 전자 또는 이극성.

공유결합- 한 쌍의 원자가 전자 구름이 겹쳐서 형성된 화학 결합. 통신을 제공하는 전자 구름을 공통 전자쌍이라고 합니다.

기증자-수용자 채권 두 원자 또는 원자 그룹 사이의 화학 결합으로, 한 원자(공여체)의 비공유 전자쌍과 다른 원자(수용체)의 자유 준위 전자쌍에 의해 수행됩니다. 이 결합은 전자 결합의 기원이 공유 결합과 다릅니다.

수소 결합 - 이것은 이미 다른 원자와 공유 결합된 수소 원자가 중요한 역할을 한다는 사실을 특징으로 하는 분자 내 원자의 화학적 상호 작용 유형입니다.

σ 결합은 전자 구름이 원자의 중심을 연결하는 직선 방향으로 겹칠 때 형성되는 최초의 더 강한 결합입니다.

σ 결합은 탄소 원자와 수소 원자 사이의 일반적인 공유 결합입니다. 포화 탄소 분자에는 σ 결합만 포함되어 있습니다.

π 결합은 핵 원자의 전자 평면이 겹칠 때 형성되는 약한 결합입니다.

π와 σ 결합 전자는 특정 원자와의 결합을 잃습니다.

σ 및 π 결합의 특징: 1) σ 결합으로 연결되면 분자 내 탄소 원자의 회전이 가능합니다. 2) π 결합의 출현은 분자 내 탄소 원자의 자유 회전을 박탈합니다.

링크 길이 - 결합된 원자의 중심 사이의 거리이다.

결합 각도- 공통 원자를 공유하는 두 결합 사이의 각도입니다.

통신에너지- 화학물질이 형성되는 동안 방출되는 에너지. 연결과 그 강도의 특징

극성 의사소통은 원자의 전기음성도 차이로 인해 전자 밀도의 고르지 못한 분포로 인해 발생합니다. 이를 바탕으로 공유결합은 비극성과 극성으로 나누어진다. 분극성 결합은 다른 반응 입자를 포함하여 외부 전기장의 영향으로 결합 전자의 변위로 표현됩니다. 분극성은 전자 이동도에 의해 결정됩니다. 공유 결합의 극성 및 분극성은 극성 시약에 대한 분자의 반응성을 결정합니다.

5. 이온결합(전기가) -전기 음성도의 차이가 큰 원자 사이에 형성된 매우 강한 화학 결합으로, 공유 전자쌍이 전기 음성도가 더 높은 원자로 우선적으로 이동합니다. 공유 결합 - 상호 작용하는 각 원자가 하나의 전자를 공급할 때 교환 메커니즘을 통해 전자쌍을 공유함으로써 발생합니다. 공여체-수용체 결합(배위 결합) 두 원자 또는 원자 그룹 사이의 화학 결합으로, 한 원자(공여체)의 비공유 전자쌍과 다른 원자(예: 수용체)의 자유 궤도로 인해 수행됩니다. 결합이 발생하려면, 작지만 전기음성도가 높은 원자(예: O, N, F)에 결합된 수소 물질의 분자에 원자가 있어야 합니다. 이는 수소 원자에 눈에 띄는 부분 양전하를 생성합니다. 반면에, 전기 음성 원자가 고립 전자쌍을 갖는 것이 중요합니다. 한 분자(수용체)의 전자가 고갈된 수소 원자가 다른 분자(공여체)의 N, O 또는 F 원자에 있는 비공유 전자쌍과 상호작용할 때 극성 공유 결합과 유사한 결합이 형성됩니다. 유기 화합물 분자에 공유 결합이 형성되면 공유 전자쌍은 에너지가 낮은 결합 분자 궤도를 차지합니다. MO의 모양(σ-MO 또는 π-MO)에 따라 형성된 결합은 σ-형 또는 p-형으로 분류됩니다. σ-결합은 결합된 원자의 핵을 연결하는 축을 따라 s-, p- 및 하이브리드 AO가 중첩되어(즉, AO의 축 중첩에 의해) 형성된 공유 결합입니다. π-결합은 비하이브리드 p-AO가 측면으로 겹칠 때 발생하는 공유 결합입니다. 이 중첩은 원자핵을 연결하는 직선 외부에서 발생합니다.
π-결합은 이미 σ-결합으로 연결된 원자 사이에서 발생합니다(이중 및 삼중 공유 결합이 형성됨). π-결합은 p-AO의 덜 완전한 중첩으로 인해 σ-결합보다 약합니다. σ- 및 π-분자 궤도의 서로 다른 구조는 σ- 및 π-결합의 특징을 결정합니다. 1.σ 결합은 π 결합보다 강합니다. 이는 σ-MO가 형성되고 핵 사이에 σ-전자가 존재하는 동안 AO의 보다 효율적인 축 중첩으로 인해 발생합니다. 2. σ-결합에 의해 원자의 분자 내 회전이 가능하다. σ-MO의 모양이 결합을 깨지 않고도 회전을 가능하게 하기 때문이다(아래 애니메이션 참조). 이중(σ + π) 결합을 따라 회전하는 것은 π 결합을 끊지 않고는 불가능합니다! 3. 핵간 공간 외부에 있는 π-MO의 전자는 σ-전자에 비해 더 큰 이동성을 갖습니다. 따라서 π 결합의 분극성은 σ 결합의 분극성보다 훨씬 높습니다.

공유 결합의 특징적인 특성(방향성, 포화도, 극성, 분극성)은 화합물의 화학적 및 물리적 특성을 결정합니다.

연결 방향은 물질의 분자 구조와 분자의 기하학적 모양에 따라 결정됩니다. 두 결합 사이의 각도를 결합각이라고 합니다.

포화도는 제한된 수의 공유 결합을 형성하는 원자의 능력입니다. 원자에 의해 형성된 결합의 수는 외부 원자 궤도의 수에 의해 제한됩니다.

결합의 극성은 원자의 전기 음성도 차이로 인해 전자 밀도의 고르지 않은 분포로 인해 발생합니다. 이를 바탕으로 공유 결합은 비극성과 극성으로 나누어집니다 (비극성 - 이원자 분자는 동일한 원자 (H 2, Cl 2, N 2)로 구성되며 각 원자의 전자 구름은 이들 원자에 대해 대칭으로 분포됩니다 ; 극성 - 이원자 분자는 서로 다른 화학 원소의 원자로 구성되며 일반 전자 구름은 원자 중 하나로 이동하여 분자의 전하 분포에 비대칭을 형성하여 분자의 쌍극자 모멘트를 생성합니다.

결합의 분극성은 다른 반응 입자의 전기장을 포함하여 외부 전기장의 영향으로 결합 전자의 변위로 표현됩니다. 분극성은 전자 이동도에 의해 결정됩니다. 공유 결합의 극성 및 분극성은 극성 시약에 대한 분자의 반응성을 결정합니다.

6. 명칭각 개별 연결에 명확한 이름을 부여할 수 있는 규칙 시스템입니다. 의학의 경우 명명법의 일반 규칙에 대한 지식이 특히 중요합니다. 왜냐하면 명명법에 따라 수많은 의약품의 이름이 구성되기 때문입니다. 현재는 일반적으로 받아들여지고 있습니다. IUPAC 체계적 명명법(IUPAC - 국제순수응용화학연맹)*.

그러나 여전히 보존되어 널리 사용됩니다(특히 의학에서). 하찮은(일반적인) 이름과 물질의 구조가 알려지기 전부터 사용된 반자명한 이름입니다. 이러한 이름은 천연 자원과 생산 방법, 특히 주목할만한 특성과 용도를 반영할 수 있습니다. 예를 들어, 유당(유당)은 우유(lat. 락텀- 우유), 팔미트산 - 팜유에서 피루브산은 포도산을 열분해하여 얻습니다. 글리세린이라는 이름은 그 달콤한 맛(그리스어에서 유래)을 반영합니다. 글리키- 달콤한).

천연 화합물은 특히 아미노산, 탄수화물, 알칼로이드, 스테로이드와 같은 사소한 이름을 갖는 경우가 많습니다. IUPAC 규칙에서는 일부 확립된 사소하고 준사소한 이름의 사용을 허용합니다. 이러한 이름에는 예를 들어 "글리세롤"과 잘 알려진 많은 방향족 탄화수소 및 그 파생물의 이름이 포함됩니다.

포화 탄화수소의 합리적인 명명법

사소한 이름과 달리 분자의 구조를 기반으로 합니다. 복잡한 구조의 이름은 분자의 가장 중요한 주요 단위와 관련된 라디칼 블록의 이름으로 구성됩니다. 이 명명법에 따르면 알칸은 수소 원자가 해당하는 메탄의 파생물로 간주됩니다. 급진파. 메탄 탄소의 선택은 임의적이므로 하나의 화합물은 여러 가지 이름을 가질 수 있습니다. 이 명명법에 따르면 알켄은 에틸렌과 알킨-아세틸렌의 유도체로 간주됩니다.

7. 유기 화합물의 상동성아니면 동족체의 법칙- 동일한 화학적 기능과 동일한 구조를 가진 물질이 서로 다르다는 사실로 구성됩니다. 에 의해 nCH 2에서만 원자 구성이 다른 모든 화학 구성에 통합되는 것으로 나타났습니다. CH 2 그룹의 수 n에 따라 결정되는 구성의 차이가 증가함에 따라 물리적 특성의 차이도 증가하거나 일반적으로 올바르게 변경됩니다. 유사한 화합물이 소위 형성됩니다. 동종 계열, 모든 구성원의 원자 구성은 계열의 첫 번째 구성원의 구성과 탄소 원자 수에 따라 일반식으로 표현될 수 있습니다. 알칸과 같은 동일한 이름의 유기 물질.

이성질체는 조성은 동일하지만 구조와 성질이 다른 화합물을 말합니다.

8.핵의그리고라인과 전기그리고개인적인 반응이자형NTs. 치환 반응에 관여하는 시약은 친핵성과 친전자성으로 구분됩니다. 친핵성 시약 또는 친핵체는 새로운 결합 형성을 위해 전자쌍을 제공하고 RX 분자의 이탈기(X)를 기존 결합을 형성한 전자쌍으로 대체합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

(여기서 R은 유기 라디칼입니다).

친핵체에는 음으로 하전된 이온(Hal -, OH -, CN -, NO 2 -, OR -, RS -, NH 2 -, RCOO - 등), 자유 전자쌍을 가진 중성 분자(예: H 2 O, NH3, R3N, R2S, R3P, ROH, RCOOH) 및 유기금속. R - Me + 충분히 극성화된 C - Me + 결합을 갖는 화합물, 즉 R - 탄소 음이온의 공여체가 될 수 있습니다. 친핵체와 관련된 반응(친핵성 치환)은 주로 지방족 화합물의 특징입니다. 예를 들어 가수분해(OH -, H 2 O), 알코올 분해(RO -, ROH), 산분해(RCOO -, RCOOH), 아민화(NH - 2, NH 3) , RNH 2 등), 시안화(CN -) 등

친전자체 시약 또는 친전자체는 새로운 결합을 형성할 때 전자 쌍의 수용체 역할을 하며 이탈기를 양전하 입자 형태로 대체합니다. 친전자체에는 양전하를 띤 이온(예: H +, NO 2 +), 전자 결핍이 있는 중성 분자(예: SO 3) 및 극성이 높은 분자(CH 3 COO - Br + 등)가 포함되며 특히 분극이 효과적으로 달성됩니다. 계수 루이스(Hal + - Hal - A, R + - Cl - A, RCO + - Cl - A, 여기서 A = AlCl 3, SbCl 5, BF 3 등)와의 착화합물. 친전자체와 관련된 반응(친전자성 치환)에는 방향족 탄화수소의 가장 중요한 반응(예: 질화, 할로겐화, 술폰화, Friedel-Crafts 반응)이 포함됩니다.

(E + = Hal +, NO + 2, RCO +, R + 등)

특정 시스템에서 친핵체와 관련된 반응은 방향족 계열에서 수행되고 친전자체와 관련된 반응은 지방족 계열(가장 흔히 일련의 유기금속 화합물)에서 수행됩니다.

53. 옥소 화합물과 유기금속 화합물(케톤 또는 알데히드 + 유기금속)의 상호작용

이 반응은 알코올을 생성하는 데 널리 사용됩니다. 포름알데히드에 그리냐드 시약(R-MgX)을 첨가하면 1차 알코올이 형성되고, 다른 알데히드에 의해 2차 알데히드가 형성되고, 케톤에 의해 3차 알코올이 생성됩니다.