Гибридтену теориясы

Гибридтену теориясы - валенттік байланыс (ВБ) әдісінен шығатын теория. Мұнда молекулалардың стереохимиясына қатысты мәселелерге гана тоқталамыз.

АВn формуласы
Құрамы АВn формуласымен өрнектелетін молекулалардағы көпвалентті А атомы орталық атом, ал онымен тікелей байланысқан В атомдары лиганд деп аталады. Орталық атоммен тікелей байланысқан шеткі атомдардың (лигандтардың) саны n - орталық атомның координаңиялық саны деп аталады, оның мәні ВБ әдісі бойынша орталық атомның сигма-байланыстар түзуге жүмсайтын орбитальдарының санына тең болады. АВn молекуласындағы ВАВ бұрышы валенттік бұрыш деп аталады.

Гибридтену теориясы бойынша молекуланың (ионның) кеңістіктегі құрылысы орталық атомның о-байланыстар түзуге жұмсайтын орбитальдарының типіне байланысты болады.

Орталық атомның $-байланыстар түзуге жұмсайтын орбитальдарының типі және молекулалардың геометриялық пішіні
 Координациялық  сан 2  3  4   5  6 7Орталық  атомның  орбитальдарының  типі sp, p2  sp2, p3  sp3, sp2d x2-y2 sp3dz2 sp3d2 sp3d3 Молекуланың геометриялық пішіні Сызықты, Бұрышты  Жазық үшбұрышты, Үшбұрышты пирамида  Тэтраэдр, Квадрат  Үшбұрышты, бипирамида  Октаэдр Бесбұрышты бипирамида Валенттік бұрыштың  теориялық  мәні 180°, 90°  120°, 90° 109°28,  90°180°, 90°, 120°   90°    90°, 180°, 72°  Мысалдар BeF2, H2S  BF3, GaJ3, AsH3, PCl3  SiF4, CH4, XeF4  PF5, PCl5  SF6  JF7

АВ2
нобай|онға| 3 sp3 орбитальдар

Кестеден құрамы АВ2, формуласымен өрнектелетін екікоординациялы молекулалар мен иондардың құрылысы екі түрлі болатыны көрінеді. Орталық атом байланыс түзуге sр-гибридті орбитальдарын пайдаланса түзу сызықты, ал таза р2-орбитальдарын пайдаланса бұрышты молекула шығады.
АВ3
Үшкоординациялы АВ3 молекулаларында (иондарында) орталық атом байланыс түзуге sр2- немесе р3- орбитальдарын пайдалануы мүмкін, осыған сәйкес мүндай молекулалардың құрылысы жазық үшбұрышты немесе пирамидалы болады.
нобай|солға|4 sp3 орбитальдар
АВ4
Төрткоординациялы АВ4 молекулаларының (иондарының) құрылысы тетраэдрлі немесе жазық квадратты болады. Тетраэдрлі молекулалар мен иондар өте көп, мысалы СН4, SІН4, SіСl4, NН4+, ВҒ4_. Мұндай молекулаларда орталық атом байланыс түзуге sр3- гибридті орбитальдарын пайдаланады, валенттік бұрыштың теориялық мәні 109°28.

Жазық квадратты құрылым металл кешендеріне тән, бейметалдардың қосылыстарының ішінде сирек кездеседі, мысалы, ХеҒ4, JСl4. Жазық квадратты молекулалар мен иондарда орталық атом - байланыстар түзуге квадрат төбелеріне қарай бағытталған sp3d (дәлірек sp2d x2-y2) - гибридті орбитальдарын жүмсайды, валенттік бұрыштың теориялық мәні - 90°.
АВ5
Бес координациялы АВ5 молекулаларында орталық атом байланыстар түзу үшін sp3d - гибридтелген бес орбиталін жұмсайды. Мұндай орбитальдардың екі түрі болады: бірінде гибридтенуге dz2 - орбиталі, ал екіншісінде d x2-y2-орбиталі қатысады. sp2,sp2dz2 - орбитальдар үшбұрышты бипирамида төбелеріне,sp3d x2-y2 - орбитальдар квадратты пирамиданың бұрыштарына бағытталған. Белгілі АВ5 молекулаларының басым көпшілігінің құрылысы үшбұрышты бипирамида сияқты, мысалы, РҒ5, РСl5, SbСl5. Сондықтан АВ5 молекулаларындағы орталық атом байланыстар түзуге sp3dz2  - орбитальдарын пайдаланады деп есептелінеді. Үшбұрышты бипирамиданың табанын құрайтын үшбұрыш төбелеріндегі лигандтар - экваториялы лигандтар деп, ал үшбұрыштың үсті мен астында орналасқан лигандтар - аксиал лигандтар деп аталады. Екі экваторы лиганд пен орталық атом түзетін ВАВ бұрышы 120°, экваториялы лиганд орталық атом және аксиалды лиганд түзетін ВАВ бұрышы 90°, ал орталық атом мен екі аксиалды лигандтан түзілетін ВАВ бұрышы 180°.
АВ6

Алтыкоординациялы АВ6 молекуласындағы орталық атом s-байланыстар түзуге октаэдр төбелеріне бағытталған sp3d2(дәлірек sp3x2-y2 ,dz2 ) - гибридті орбитальдарын пайдаланады, демек мұндай молекулалардың құрылысы октаэдр тәрізді болады. Мысалы, SF6, SeF6, ТеҒ6.
АВ7
Құрамы АВ7 болып келетін жетікоординациялы молекулалар мен иондар өте сирек кездеседі. Металл еместердің мұндай қосылыстарының бірден-бір мысалы ретінде, ІF7 молекуласын атауға болады. Бұл молекуланың құрылысы бесбұрышты бипирамида сияқты, иод атомы сигма-байланыстар түзуге бесбұрышты бипирамида төбелеріне бағытталған sp3d3 - гибридті орбитальдарын жұмсайды.

Орталық атомның гибридтелген таза р3- және р2- орбитальдары қатысқанда түзілетін АВ3 және АВ7 молекулаларының құрылысындағы кейбір ерекшеліктерге тоқталайық. V топтың негізгі топшасындағы элементтердің валенттік қабатында үш жалқы электрон бар. Демек, бұл элементтер үшкоординациялы қосылыстар түзуге таза р3-орбитальдарын пайдаланып, пирамидалы молекула түзеді. Пирамидалы АВ3 молекуласындағы валенттік ВАВ бұрышының теориялық мәні - 90°  демек, NH3, РН3, AsH3, SbH3 сияқты үшкоординациялы молекулалардағы НЭН бұрышының мәні 90° болу керек, ал валенттік бұрыштың тәжірибеде байқалатын мәндері төменде көрсетілгендей:
 NH3
  РН3
 AsH3
 SbH3
  107,3° 
 93,3°
 91,8°
 91,3°


РН3, AsH, және SbH3 молекулаларындағы валенттік бұрыштың мәні теориялық мәнге жуық, ал NH молекуласындағы валенттік бұрыш теориялық мәннен өте көп ауытқыған. Бұл құбылысты түсіндіретін бірнеше гипотеза бар. Соның бірі - біршама оң зарядталған сутек атомдарының тебісуі. Гибридтену теориясында қабылданған екінші гипотеза бойынша бұл құбылыс былай түсіндіріледі. Үшінші және үлкен периодта орналасқан Р, As, Sb сияқты шементтер байланыс түзуге таза р3-орбитальдарын, ал екінші периодтағы азот - 8р3-гибридті орбитальдарын пайдаланады. Сондықтан РН3, AsH3, SbH, валенттік бұрыш 90°, ал NH3 109°-қа жуық болады.

Алтыншы топтың негізгі топшасында орналасқан элементтердің валенттік қабатындағы р-орбитальдарында екі жалқы электрон бар, демек, бұл элементтер екікоординациялы ЭХ2 (X- Н, F, С1 кез-келген бір валентті атом немесе радикал) қосылыстар түзуге р2- орбитальдарын пайдаланады. Сондықтан ОН2, SH2, SeH2, ТеН2 молекуласындағы бұрыш 90° болу керек, бірақ іс жүзінде:

 OH2
  SH2
 SeH2
 ТеН2 
  104.5° 
 92.2°
 91.0°
 89.5°


нобай|оңға|СH4 молекуланың құрылысы
SH2, SeH2 және ТеН2 молекулаларындағы валенттік бұрыш 90°-қа жуық болады да, ал су молекуласындағы бұрыш 90° гөрі тетраэдрлік мәнге 109,5° жақындау болады. Бұл құбылыс жоғарыдағыдай түсіндіріледі. Екінші периодтың элементі оттек байланыс түзуге sр3-гибридті орбитальдарын, ал үшінші және үлкен периодтағы S, Se және Те р2- орбитальдарын пайдаланады.

Сонымен екінші периодта орналасқан азот пен оттек өздерінің ұқсастары сияқты байланыс түзуге таза р3- және р2-орбитальдар емес, көміртек сияқты sр3 -гибридті орбитальдарды пайдаланады. Сол себептен NH3 пен ОН2 молекулалары СН4 молекуласыныкіне ұқсас болады.

Бірақ метан молекуласында тетраэдрдің төрт төбесінің төртеуінде де сутек атомдары орналасқан, ал NH3 пен ОН2 молекулаларында бір және екі төбелеріне пайдаланылмаған электрондық жұптар орналасқан. СН4, NH3 және ОН2 молекулаларының барлығында да 8р3-гибридті орбиталь пайдаланылатындықтан, бұл молекулалардағы валенттік бұрыш 109,5° болу керек. Бірақ іс жүзінде СН4 - NH, - ОН2 қатары бойынша валенттік бұрыштың мәні 109,5°-тан 104,5°-қа дейін төмендейді. Бұл былай түсіндіріледі: С - N - О қатары бойынша 2s- және 2р-орбитальдарының энергияларындағы айырмашылық ұлғаяды да, 2s-орбитальдардың гибридтенуге қосатын үлесі азаяды. Осының салдарынан валенттік бұрыш тетраэдрлік мәннен кішірейеді.Нұрахметов Н.Н., Ташенов Ә.К. Бейметалдар химиясы: Оқулық. – Алматы: ЖШС РПБК “Дәуір”, 2011.–432 бет.

Дереккөздер

Сілтемелер
Hybridisation

Санат:Химия