Jeg er alle bøjet ud af form og prøver at finde ud af, hvad Bents regel betyder. Jeg har flere formuleringer af det, og den mest almindelige formulering er også den sværeste at forstå.
Atomic s karakter koncentreres i orbitaler rettet mod elektropositive substituenter
Hvorfor ville dette være sandt? Overvej $ \ ce {H3CF} $.
Både kulstof og fluor er ca. $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiseret. I betragtning af at kulstof er mere elektropositivt end fluor, skal jeg konkludere, at fordi kulstof er mere elektropositivt end fluor, er der en stor s-karakter i $ \ ce {CF} $ -binding og det meste af dette karakter er omkring kulstof?
Eller er dette en misforståelse af “orbitaler rettet mod elektropositive substituenter”? Fluoren er $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiseret, og disse orbitaler er “rettet” mod kulstoffet, idet den store lap af hybridbanen peger mod kulstoffet. Så koncentrerer elektrondensitet sig tæt på fluor? Fordi det ville give mere mening.
Og denne s-karakter koncentreret mod fluor har virkningen af hvad på bindingsvinklen? Jeg forstår, at jo mere s-karakter en obligation har, jo større er obligationsvinklen – overvej $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $. Men da $ \ ce {C-F} $ -obligationen nu har mindre s-karakter omkring kulstoffet, kan $ \ ce {H-C-F} $ -bindingsvinklen krympe, korrekt?
Kommentarer
- Fluor hybridiseres bestemt ikke. Normalt bruger ingen af terminalatomerne denne hybridisering, de hybridiseres normalt altid.
- For at uddybe Martin ' s punkt: Geometri driver hybridisering. Hybridisering driver ikke geometri.
- @MartinSo i CF4 / CH4 vil hybridiseringen af terminalatom være sådan?
Svar
Det er en god, kortfattet erklæring om Bents regel. Naturligvis kunne vi lige så korrekt have sagt, at p-karakter har tendens til at koncentrere sig i orbitaler rettet mod elektronegative elementer. Vi bruger denne sidstnævnte formulering, når vi undersøger methylfluorid nedenfor. Men lad os først udvide definitionen lidt, så det er klart for alle.
Bentes regel taler om hybridisering af det centrale atom ($ \ ce {A} $) i molekylet $ \ ce {XAY} $.
$ \ ce {A} $ tilvejebringer hybridiserede atomorbitaler, der danner $ \ ce {A} $ er en del af sin obligation til $ \ ce {X} $ og til $ \ ce {Y} $. Bentes regel siger, at når vi ændrer elektronegativiteten af $ \ ce {X} $ og \ eller $ \ ce {Y} $, vil $ \ ce {A} $ have en tendens til at hybridisere dens orbitaler, så flere s karakter placeres i disse orbitaler rettet mod den mere elektropositive substituent.
Lad os undersøge, hvordan Bents regel kan anvendes på dit eksempel på methylfluorid. I $ \ ce {CF} $ -binding er carbonhybrid orbital er rettet mod den elektronegative fluor. Bents regel antyder, at denne carbonhybridbane vil være rigere på p-karakter, end vi ellers kunne have mistanke om. I stedet for at den carbonhybridbane, der anvendes i denne obligation, er $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiseret, vil den have tendens til at have mere p-karakter og derfor bevæge sig mod $ \ ce {sp ^ 4} $ hybridisering.
Hvorfor er dette? s orbitaler har lavere energi end p-orbitaler. Derfor er elektroner mere stabile (lavere energi), når de er i orbitaler med mere s karakter. De to elektroner i $ \ ce {C-F} $ -båndet bruger mere tid omkring den elektronegative fluor og mindre tid omkring kulstof. Hvis det er tilfældet (og det er det), hvorfor “spild” dyrebar, lavenergi, s orbitalkarakter i en carbonhybridbane, der ikke har meget elektrondensitet til at stabilisere sig. Gem i stedet det karakter til brug i carbon hybrid orbitaler, der har mere elektrondensitet omkring kulstof (som $ \ ce {C-H} $ obligationer). Så som en konsekvens af Bents regel, ville vi forvente mere p-karakter i den carbonhybridbane, der blev brugt til at danne $ \ ce {CF} $ -binding, og mere s-karakter i de carbonhybridorbitaler, der blev brugt til at danne $ \ ce {CH} $ obligationer.
Det fysisk observerbare resultat af alt dette er, som vi ville forvente en $ \ ce {HCH} $ vinkel større end den tetraedriske vinkel på 109,5 ° (reflekterende med mere s tegn) og en $ \ ce {HCF} $ vinkel lidt mindre end 109,5 ° (reflekterende med mere p karakter). obligationslængder, vi forventer en forkortelse af $ \ ce {CH} $ -obligationen (mere s-tegn) og en forlængelse af $ \ ce {CF} $ -obligationen (mere p-tegn).
Kommentarer
- Husk, at Bent ' s regel taler om hybridorbitaler – en del af en obligation, ikke hele obligationen. Jeg vil sige, 1) atomet vil hybridisere sine hybridorbitaler igen for at opdele karakter klogt (f.eks.for at følge Bent ' s regel, brug mere s tegn (stabiliser orbitaler) i orbitaler med mere elektrondensitet i modsætning til orbitaler med mindre elektrondensitet) og 2) s karakterindhold i alt af hybridorbitaler for et givet atom skal summe til 1.
- (1) Der er ikke sådan noget som rehybridisering, da det er et matematisk koncept, der er et resultat af en bestemt bindingssituation. (2) Bøjet ' s regel gælder ikke specifikt for hybridorbitaler, men for den lineære kombination af atomorbitaler. (Det er en lille, men al definerende forskel.) (3) Det er ikke en regel på forhånd, meget mere en generaliseret observation.
- @Martin 1) I " forstå ", men det er et praktisk ord. Når et vandmolekyle vibrerer, og HOH-vinklen ændres, er der en ændring i elektronfordelingen omkring ilt. Jeg vil sige, at iltet hybridiserer under vibrationen. For mig er det ' en stenografisk måde at betegne en ændring i elektrondensitet med en deraf følgende ændring i fysiske egenskaber. 2) Jeg troede, at en carbon sp3 hybrid orbital var en lineær kombination af carbon 2erne og 2p AOerne. Hvis jeg ' tager fejl, kan du uddybe lidt? 3) Jeg er enig, jeg mente at sige, at det var en tendens i mit oprindelige indlæg, men glemte det. Redigeret og tilføjet det.
- @AnuragBaundwal Ja, $ \ ce {CF} $ obligationslængden i $ \ ce {CH3F} $ er længere (139 pm) end den i $ \ ce {CF4} $ (Kl. 132). $ \ Ce {CH} $ obligationslængde i $ \ ce {CH3F} $ (108,7 pm) er lidt kortere end i methan (109,1 pm).
- Hvorfor kan ' t det være sp5 …… hvordan besluttede du at det skulle være sp4?
Svar
Har du læst Wikipedia-artiklen til Bents regel (især Begrundelse -afsnittet). Jeg synes, det forklarer tingene ret godt. I eksempel på $ \ ce {H3CF} $ $ \ ce {H} $ er mere elektropositiv end $ \ ce {C} $ og $ \ ce {F} $ er mere elektronegativ end $ \ ce {C} $. Så ved at antage, at som i $ \ ce {CH4} $ er $ \ ce {C} $ -atomet $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ hybridiseret som udgangspunkt, fortæller Bents regel, at $ \ ce {C} $ – orbitaler, der bruges til at danne obligationer mellem $ \ ce {C} $ og $ \ ce {H} $ vil ikke være “rene” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ orbitaler, men vil indeholde en højere $ \ mathrm {s} $ tegn, mens $ \ ce {C} $ – orbital, der bruges til at danne obligationen mellem $ \ ce {C} $ og $ \ ce {F} $, vil indeholde en højere $ \ mathrm {p } $ tegn end en “ren” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ orbital. Hvad angår bindingsvinkler: konsekvenserne af Bents regel for bindingsvinklerne forklares også ret godt i Wikipedia-artiklen.
Kommentarer
- Højere s karakter for CH-bindinger, fordi H ' s ikke kan stabilisere elektrondensitet og højere p-karakter for CF-binding, fordi fluor bedre kan stabilisere elektroner?
- @ Dissenter I det væsentlige ja. I stedet for at rette ækvivalent sp ³ orbitaler mod alle fire substituenter, vil skiftende s karakter mod CH-bindinger stabilisere disse bindinger meget på grund af den øgede elektrondensitet nær (mere elektronegativ ) kulstof, mens den skifter s-karakter væk fra CF-bindingen, øger dens energi med en mindre mængde, fordi denne binding ' s elektrontæthed er alligevel mere lokaliseret på den mere elektronegative F fra kulstoffet.
- Hvordan beslutter vi orbitalernes retning – dvs. hvor t hej er instrueret?
- @Dissenter Det handler mere om bindingspartnerne. Når du har forskellige bindingspartnere, siger elektropositve A og elektronegativ B, for et centralt atom C, så vil bindinger / bindingsorbitaler fra C til A have mere s karakter end forventet, og obligationer fra C til B vil have mindre s karakter end forventet. Så, s karakter koncentrerer sig i bindinger / orbitaler rettet mod elektropositive substituenter. Det er den forstand, hvor ordet " rettet " bruges i definitionen.
- @Dissenter Ja, fordi s orbitaler " trænger ind " tættere på kernen, således at den højere elektronegativitet påvirker dem stærkere end p-orbitaler.