І в сполуці дорівнює одиниці, отже, він знаходиться в нормальному стані.

Валентний електрон Брому, що бере участь в утворенні зв’язку, міститься на p -атомній орбіталі, яка має форму гантелі. Таким чином, у молекулі BBr₃ реалізуються три s-зв’язки за обмінним механізмом. Зі схеми видно, що ці триs-зв’язки утворюються внаслідок перекривання трьох гібридизованих одноелектронних орбіталей атома Бору з одноелектронними р -орбіталями трьох атомів Брому. Одна валентна (вільна) р -орбіталь атома Бору залишається негібридною, вона не змінює геометричної конфігурації молекули, а тому не показана на малюнку. За рахунок наявності цієї вільної орбіталі атома Бору можливе подальше утворення не одного хімічного зв’язку, наприклад, за донорно-акцепторним механізмом.

Молекула BBr₃ має площинну конфігурацію з валентними кутами 120°, тому вона симетрична та неполярна .

в) У нормальному стані атом Карбону двовалентний

_{6C … 2 s} ²2 p ² … B = 2,

2 р

2 s

а в сполуці СCI₄ він чотиривалентний, тобто знаходиться у збудженому стані:

С* … 2 s ¹2 p ³ … B * = 4.

Чотири рівноцінні зв’язки з атомами Йоду потребують sp ³-гібридизації центрального атома з валентними кутами приблизно 109, 5°.

Електронна формула атома Йоду:

2 р

2 s

₅₃І … 5 s ²5 p ⁵ … B = 1,

 

тобто він знаходиться у нормальному стані. Чотири рівноцінні зв’язки з атомами Йоду потребують sp ³-гібридизації центрального атома з валентними кутами приблизно 109, 5°.Валентний електрон Йоду, що бере участь в утворенні s - зв’язку за обмінним механізмом, знаходиться на р -атомній орбіталі (гантелеподібна форма).Просторово чотири гібридні орбіталі атома Карбону реалізуються в напрямку від центра тетраедра (ядро атома Карбону) до його вершин. Оскільки всі зв’язки в молекулі ССІ₄ рівноцінні, вона симетрична і неполярна Завдання 6. Пояснити, чому молекула BeH₂ неполярна, а молекула H₂O полярна, хоча обидві мають полярні зв’язки Be-H та O-H.

Розв’язання. Щоб визначити підсумковий дипольний момент молекули, треба знайти векторну суму дипольних моментів усіх зв’язків. Молекула BeH₂, хоч і має два полярні зв’язки Be-H, є лінійною та симетричною внаслідок sp -гібридизації атомних орбіталей центрального атома Берилію, тому її сумарний дипольний момент дорівнює нулю (див. завдання 5):

H Be H = 0.

У несиметричній кутовій молекулі Н₂О внаслідок sp ³-гібридизації орбіталей атома Окси-гену наявний підсумковий дипольний момент , тобто молекула Н₂О полярна. Детальніше обґрунтування подано у задачі 4.

Завдання 7. Визначити й обґрунтувати типи гібридизації атомних орбіталей, зобразити електронні конфігурації молекул: а) СO₂; б) кисню О₂.

Розв’язання. Визначаючи тип гібридизації атомних орбіталей, треба пам’ятати, що гібридні атомні орбіталі не можуть брати участі в утворенні p-зв’язків. Останній реалізується негібридними d - або р -орбіталями.

а) Електронна конфігурація валентного рівня атома Карбону в нормальному стані становить:

₆С … 2 s ²2 p ² … B = 2.

У молекулі О = С = О валентність Карбону дорівнює чотирьом, тобто в цій сполуці атом Карбону знаходиться у збудженому стані.

₆C*… 2 s ¹2 p ³ … B * = 4.

 

Оксиген у молекулі знаходиться в нормальному стані, оскільки його валентність і за електронною конфігурацією і у сполуці дорівнює двом:

2 р

₈O … 2 s ²2 p ⁴ … B = 2.

2 s

Атом Карбону з кожним із двох атомів Оксигену утворює один s- та один p-зв’язки, оскільки в нього дві атомні орбіталі підлягають sp -гібридизації, а дві негібридні р -орбіталі беруть участь в утворенні двох p-зв’язків.

Кожний з атомів Оксигену також утворює з атомом Карбону один s- та один p-зв’язок; він підлягає sp ²-гібридизації А.О., а також одна р -орбіталь у нього залишається негібридною. Атом Карбону не має незв’язуючих орбіталей, тоді як у кожного з атомів Оксигену є по дві незв’язуючі атомні орбіталі.

 

 

 

Саме sp -гібридизація А.О. центрального атома (Карбону) визначає лінійну симетричну будову молекули СО₂. Внаслідок симетричної будови молекули її підсумковий дипольний момент дорівнює нулю ( = 0), тобто молекула в цілому є неполярною.

Слід зазначити, що уявлення про гібридизацію атомних орбіталей під час

утворення хімічного зв’язку – це квантово-механічний метод, який дозволяє пояснити просторову конфігурацію молекул перебудовою їх вихідних атомних орбіталей на гібридні. Атоми одного й того самого елемента здатні утворювати різноманітні хімічні сполуки з різними валентними кутами, тобто можлива реалізація різних типів гібридизації атомних орбіталей. Наприклад, у молекулі метану СН₄ здійснюється sp ³-гібридизація орбіталей Карбону (валентні кути 109,5°); в молекулі етану Н₃С-СН₃ також обидва атоми Карбону перебувають у sp ³-гібридному стані.

Однак у молекулі етену Н₂С СН₂ атом Карбону окрім гібридних А.О. має одну негібридну атомну орбіталь, яка бере участь в утворенні p-зв’язку із сусіднім атомом Карбону. Тому в цьому випадку відбувається sp ²-гібридизація А.О. кожного з атомів Карбону (валентні кути 120°) з утворенням трьох гібридних орбіталей, що утворюють три s-зв’язки.

У молекулі етину НС СН, як і в розглянутій вже молекулі СО₂, реалізується sp -гібридизація атомних орбіталей Карбону, а дві негібридні р -орбіталі утворюють два p-зв’язки. Отже, у наведених сполуках (CH₄, C₂H₄, C₂H₂) атоми Карбону перебувають у різних гібридизованих станах.

б) Електронна будова валентного рівня атома Оксигену становить:

₈О … 2 s ²2 p ⁴ B = 2.

Валентність Оксигену в молекулі кисню О₂ також дорівнює двом (О = О), тобто в молекулі кисню реалізується один s- і один p-зв’язок. Оскільки гібридні атомні орбіталі не можуть утворювати

p-зв’язок, кожний з атомів Оксигену в молекулі О₂ перебуває в sp ²-гібридизованому стані, а p-зв’язок утворюється негібридними p -орбіталями.