Jsem úplně ohnutý z formy a snažím se přijít na to, co znamená Bentovo pravidlo. Mám několik formulací a nejběžnější formulace je také nejtěžší pochopit.
Atomový znak se koncentruje na orbitalech zaměřených na elektropozitivní substituenty
Proč by to je pravda? Zvažte $ \ ce {H3CF} $.
Jak uhlík, tak fluor jsou zhruba $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridizovány. Vzhledem k tomu, že uhlík je více elektropozitivní než fluor, mám učinit závěr, že protože uhlík je více elektropozitivní než fluor, je ve vazbě $ \ ce {CF} $ velká část s-znaku a většina tohoto s- postava je kolem uhlíku?
Nebo se jedná o nedorozumění „orbitalů zaměřených na elektropozitivní substituenty“? Fluor je hybridizován $ \ ce {sp ^ 3} $ a tyto orbitaly jsou „směrovány“ směrem k uhlíku v tom, že velký lalok hybridní orbity směřuje k uhlíku. Koncentruje se elektronová hustota poblíž fluoru? Protože by to dávalo větší smysl.
A tento s-znak koncentrovaný směrem k fluoru má vliv na to, co na úhel vazby? Chápu, že čím více s-znaků má vazba, tím větší je úhel vazby – zvažte $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $. Ale protože vazba $ \ ce {C-F} $ má nyní kolem uhlíku méně s-znaků, úhel vazby $ \ ce {H-C-F} $ se může zmenšit, že?
Komentáře
- Fluor rozhodně není hybridizován se sp3. Obvykle žádný z koncových atomů tuto hybridizaci nepoužívá, jsou obvykle vždy hybridizovány sp.
- Ke zpracování Martin ' s: Geometrie řídí hybridizaci. Hybridizace nevede k geometrii.
- @MartinSo v CF4 / CH4 bude hybridizace koncového atomu taková?
odpověď
To je dobré a výstižné pravidlo Bentova pravidla. Samozřejmě jsme mohli stejně správně říci, že p charakter má tendenci soustředit se na orbitaly zaměřené na elektronegativní prvky. Tuto druhou formulaci použijeme, když budeme níže zkoumat methylfluorid. Nejprve však pojďme trochu rozšířit definici tak, aby byla všem jasná.
Bentovo pravidlo hovoří o hybridizaci centrální atom ($ \ ce {A} $) v molekule $ \ ce {XAY} $.
$ \ ce {A} $ poskytuje hybridizované atomové orbitaly, které tvoří $ \ ce {A} $ „Část jeho vazby na $ \ ce {X} $ a na $ \ ce {Y} $. Bentovo pravidlo říká, že když změníme elektronegativitu $ \ ce {X} $ a \ nebo $ \ ce {Y} $, $ \ ce {A} $ bude mít tendenci rehybridizovat své orbitaly tak, že bude umístěno více znaků na orbitálech směřujících k elektropozitivnějšímu substituentu.
Pojďme prozkoumat, jak může být Bentovo pravidlo aplikováno na váš příklad methylfluoridu. Ve vazbě $ \ ce {CF} $ je uhlíkový hybrid orbitál je zaměřen na elektronegativní fluor. Bentovo pravidlo naznačuje, že tento uhlíkový hybridní orbitál bude mít bohatší charakter p, než bychom si jinak mysleli. Místo toho, aby uhlíkový hybridní orbitál použitý v této vazbě byl hybridizován $ \ ce {sp ^ 3} $, bude mít tendenci mít více p charakteru, a proto bude směřovat k hybridizaci $ \ ce {sp ^ 4} $.
Proč je to? s orbitaly mají nižší energii než p orbitaly. Proto jsou elektrony stabilnější (nižší energie), když jsou na orbitálech s více s charakterem. Dva elektrony ve vazbě $ \ ce {C-F} $ stráví více času kolem elektronegativního fluoru a méně času kolem uhlíku. Pokud tomu tak je (a je), proč „plýtvat“ drahocenným nízkoenergetickým orbitálním charakterem v karbonovém hybridním orbitálu, který nemá velkou hustotu elektronů ke stabilizaci. Místo toho si tento znak uložte pro použití na uhlíkových hybridních orbitálech, které mají kolem uhlíku větší hustotu elektronů (například vazby $ \ ce {C-H} $). V důsledku Bentova pravidla bychom tedy očekávali více p znaku v uhlíkově hybridním orbitalu použitém k vytvoření vazby $ \ ce {CF} $ a více s-znaků v uhlíkových hybridních orbitálech použitých k vytvoření $ \ ce {CH} $ obligace.
Fyzicky pozorovatelný výsledek všeho, co bychom očekávali úhel $ \ ce {HCH} $ větší než čtyřboký úhel 109,5 ° (odrážející více znaků s) a úhel $ \ ce {HCF} $ mírně menší než 109,5 ° (odrážející více znaků p). délky dluhopisů, očekávali bychom zkrácení dluhopisu $ \ ce {CH} $ (více znaků) a prodloužení dluhopisu $ \ ce {CF} $ (více znaků p).
Komentáře
- Pamatujte, že pravidlo Bent ' s hovoří o hybridních orbitálech – části vazby, nikoli celé vazbě. Řekl bych, že 1) atom znovu hybridizuje své hybridní orbitaly, aby moudře rozdělil charakter (např.Chcete-li dodržovat pravidlo Bent ' s, použijte více znaků s (stabilizujte orbitaly) na orbitálech s větší hustotou elektronů na rozdíl od orbitalů s nižší hustotou elektronů) a 2) obsah znaků s ve všech hybridních orbitalů pro daný atom musí být součtem 1.
- (1) Neexistuje nic jako rehybridizace, protože jde o matematický koncept, který je výsledkem určité vazebné situace. (2) Pravidlo Bent ' se konkrétně nevztahuje na hybridní orbitaly, ale na lineární kombinaci atomových orbitalů. (Je to maličký, ale všechny definující rozdíl.) (3) Není to pravidlo a priori, mnohem spíše zobecněné pozorování.
- @Martin 1) I " understand ", ale je to užitečné slovo. Když molekula vody vibruje a úhel HOH se mění, dochází ke změně distribuce elektronů kolem kyslíku. Řekl bych, že kyslík během vibrace rehybridizuje. Pro mě je to ' zkratkový způsob, jak označit změnu hustoty elektronů s následnou změnou fyzikálních vlastností. 2) Myslel jsem si, že hybridní orbitál s uhlíkovým sp3 je lineární kombinací uhlíkových 2s a 2p AO. Pokud se ' mýlím, mohl byste to trochu rozvinout? 3) Souhlasím, chtěl jsem říct, že to byla tendence v mém původním příspěvku, ale zapomněl jsem. Upraveno a přidáno.
- @AnuragBaundwal Ano, délka vazby $ \ ce {CF} $ v $ \ ce {CH3F} $ je delší (139 hodin) než v $ \ ce {CF4} $ (132 hodin). Délka vazby $ \ ce {CH} $ v $ \ ce {CH3F} $ (108,7 hod.) Je o něco kratší než v metanu (109,1 hod.).
- Proč může ' t it be sp5 …… jak jste se rozhodli, že to bude sp4?
odpověď
Přečetli jste si článek Wikipedie podle pravidla Benta (zejména odstavec Odůvodnění ). Myslím, že to vysvětluje docela dobře. V příklad $ \ ce {H3CF} $ je $ \ ce {H} $ více elektropozitivní než $ \ ce {C} $ a $ \ ce {F} $ je elektronegativní než $ \ ce {C} $. Takže , za předpokladu, že jako v $ \ ce {CH4} $ je atom $ \ ce {C} $ hybridizován jako výchozí bod $ \ mathrm {sp} ^ 3 $, Bentovo pravidlo nám říká, že $ \ ce {C} $ – orbitaly, které se používají k vytváření dluhopisů mezi $ \ ce {C} $ a $ \ ce {H} $, nebudou „čisté“ $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ orbitaly, ale budou obsahovat vyšší $ \ mathrm {s} $ znak, zatímco $ \ ce {C} $ – orbitál, který se používá k vytvoření vazby mezi $ \ ce {C} $ a $ \ ce {F} $ bude obsahovat vyšší $ \ mathrm {p } $ znak než „čistý“ orbitál $ \ mathrm {sp} ^ 3 $. Pokud jde o vazebné úhly: důsledky Bentova pravidla pro spojovací úhly jsou také docela dobře vysvětleny v článku Wikipedie.
Komentáře
- Vyšší s znak pro CH vazby, protože H ' s nemůže stabilizovat elektronovou hustotu a vyšší p znak pro CF vazbu, protože fluor může lépe stabilizovat elektrony?
- @ Dissenter V zásadě ano. Namísto směrování ekvivalentních sp ³ orbitalů na všechny čtyři substituenty, posunutí znaku s směrem k CH vazbám tyto vazby výrazně stabilizuje kvůli zvýšené hustotě elektronů poblíž (více elektronegativní ) uhlík, zatímco posunutí znaku s od vazby CF zvýší jeho energii o menší množství, protože hustota elektronů vazby ' je i tak více lokalizována na elektronegativnějším F a tedy dále z uhlíku.
- Jak určíme orientaci orbitalů – tj. kde t hej jsou nasměrováni?
- @Dissenter Jedná se spíše o spojovací partnery. Pokud máte různé vazebné partnery, řekněme elektropozice A a elektronegativní B, pro centrální atom C budou mít vazby / vazebné orbitaly od C do A více znaků než očekávané a vazby od C do B budou mít méně s znaků , než se očekávalo. Takže znak s se koncentruje ve vazbách / orbitálech zaměřených na elektropozitivní substituenty. V tomto smyslu je v definici použito slovo " režie ".
- @Dissenter Ano, protože s orbitaly " pronikají " blíže k jádru tak, že vyšší elektronegativita je ovlivňuje silněji než p orbitály.