Ich bin völlig außer Form und versuche herauszufinden, was die Regel von Bent bedeutet. Ich habe mehrere Formulierungen davon, und die häufigste Formulierung ist auch am schwersten zu verstehen.
Der Atomcharakter konzentriert sich in Orbitalen, die auf elektropositive Substituenten gerichtet sind.
Warum sollte das ist wahr? Betrachten Sie $ \ ce {H3CF} $.
Sowohl der Kohlenstoff als auch das Fluor sind ungefähr $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridisiert. Angesichts der Tatsache, dass Kohlenstoff elektropositiver als Fluor ist, sollte ich zu dem Schluss kommen, dass die $ \ ce {CF} $ -Bindung einen großen s-Charakter hat, da Kohlenstoff elektropositiver als Fluor ist, und der größte Teil dieser s- Charakter ist um den Kohlenstoff?
Oder ist dies ein Missverständnis von „Orbitalen, die auf elektropositive Substituenten gerichtet sind“? Das Fluor ist $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridisiert und diese Orbitale sind auf den Kohlenstoff „gerichtet“, indem der große Lappen des Hybridorbitals auf den Kohlenstoff zeigt. Konzentriert sich die Elektronendichte also in der Nähe des Fluors? Weil das sinnvoller wäre.
Und dieser auf das Fluor konzentrierte S-Charakter wirkt sich auf den Bindungswinkel aus? Ich verstehe, dass je mehr S-Charakter eine Bindung hat, desto größer der Bindungswinkel ist – betrachten Sie $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $. Aber da die $ \ ce {C-F} $ -Bindung jetzt weniger S-Charakter um den Kohlenstoff hat, kann der $ \ ce {H-C-F} $ -Bindungswinkel schrumpfen, richtig?
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- Fluor ist definitiv nicht sp3-hybridisiert. Normalerweise verwendet keines der terminalen Atome diese Hybridisierung, sie werden normalerweise immer sp-hybridisiert.
- Um auf Martins ‚ Punkt einzugehen: Geometrie treibt die Hybridisierung an. Die Hybridisierung treibt die Geometrie nicht an.
- @MartinSo in CF4 / CH4 wird die Hybridisierung des terminalen Atoms so sein?
Antwort
Das ist eine gute, präzise Aussage über Bents Regel. Natürlich hätten wir genauso richtig sagen können, dass sich das p-Zeichen in Orbitalen konzentriert, die auf elektronegative Elemente gerichtet sind. Wir werden diese letztere Formulierung verwenden, wenn wir Methylfluorid weiter unten untersuchen. Aber zuerst wollen wir die Definition ein wenig erweitern, damit sie für alle klar ist.
Die Regel von Bent spricht für die Hybridisierung von Das Zentralatom ($ \ ce {A} $) im Molekül $ \ ce {XAY} $.
$ \ ce {A} $ liefert hybridisierte Atomorbitale, die $ \ ce {A} $ bilden „s Teil seiner Bindung an $ \ ce {X} $ und an $ \ ce {Y} $. Die Regel von Bent besagt, dass $ \ ce {A} $ beim Ändern der Elektronegativität von $ \ ce {X} $ und \ oder $ \ ce {Y} $ dazu neigt, seine Orbitale so zu rehybridisieren, dass mehr s Zeichen platziert werden in diesen Orbitalen, die auf den elektropositiveren Substituenten gerichtet sind.
Lassen Sie uns untersuchen, wie die Bent-Regel auf Ihr Beispiel für Methylfluorid angewendet werden kann. In der $ \ ce {CF} $ -Bindung ist der Kohlenstoffhybrid Das Orbital ist auf das elektronegative Fluor gerichtet. Die Regel von Bent legt nahe, dass dieses Kohlenstoff-Hybrid-Orbital einen reicheren p-Charakter aufweist, als wir es sonst vermutet hätten. Anstatt dass das in dieser Bindung verwendete Kohlenstoffhybridorbital $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridisiert, hat es tendenziell mehr p-Charakter und bewegt sich daher in Richtung $ \ ce {sp ^ 4} $ Hybridisierung.
Warum ist das so? s Orbitale haben eine geringere Energie als p-Orbitale. Daher sind Elektronen stabiler (niedrigere Energie), wenn sie sich in Orbitalen mit mehr s-Charakter befinden. Die beiden Elektronen in der $ \ ce {C-F} $ -Bindung verbringen mehr Zeit mit dem elektronegativen Fluor und weniger Zeit mit Kohlenstoff. Wenn dies der Fall ist (und es ist), warum sollten Sie wertvollen, energiearmen Orbitalcharakter in einem Kohlenstoff-Hybridorbital „verschwenden“, das nicht viel Elektronendichte zur Stabilisierung aufweist? Speichern Sie stattdessen diesen Charakter für die Verwendung in Kohlenstoff-Hybridorbitalen, die eine höhere Elektronendichte um Kohlenstoff haben (wie die $ \ ce {C-H} $ -Bindungen). Als Konsequenz der Bentschen Regel würden wir mehr p-Charakter in dem Kohlenstoff-Hybridorbital erwarten, das zur Bildung der $ \ ce {CF} $ -Bindung verwendet wird, und mehr s-Charakter in den Kohlenstoff-Hybrid-Orbitalen, die zur Bildung des $ \ verwendet werden ce {CH} $ -Bindungen.
Das physikalisch beobachtbare Ergebnis von all dem ist das, was wir erwarten würden ein $ \ ce {HCH} $ -Winkel größer als der Tetraederwinkel von 109,5 ° (reflektierend für mehr s-Zeichen) und ein $ \ ce {HCF} $ -Winkel etwas kleiner als 109,5 ° (reflektierend für mehr p-Zeichen) Bindungslängen würden wir eine Verkürzung der $ \ ce {CH} $ -Bindung (mehr s-Zeichen) und eine Verlängerung der $ \ ce {CF} $ -Bindung (mehr p-Zeichen) erwarten.
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- Beachten Sie, dass die Regel von Bent ‚ für Hybridorbitale gilt – ein Teil einer Bindung, nicht die gesamte Bindung. Ich würde sagen, 1) das Atom wird seine Hybridorbitale re-hybridisieren, um den Charakter weise zu partitionieren (zUm der Regel von Bent ‚ zu folgen, verwenden Sie in Orbitalen mit höherer Elektronendichte mehr s-Zeichen (Orbitale stabilisieren) als in Orbitalen mit geringerer Elektronendichte und 2) den s-Zeichengehalt insgesamt der Hybridorbitale für ein bestimmtes Atom muss sich zu 1 summieren.
- (1) Es gibt keine Rehybridisierung, da es sich um ein mathematisches Konzept handelt, das das Ergebnis einer bestimmten Bindungssituation ist. (2) Die Regel von Bent ‚ gilt nicht speziell für Hybridorbitale, sondern für die lineare Kombination von Atomorbitalen. (Es ist ein winziger, aber alles definierender Unterschied.) (3) Es ist keine Regel von vornherein, sondern vielmehr eine verallgemeinerte Beobachtung.
- @Martin 1) I “ verstehe „, aber es ist ein handliches Wort. Wenn ein Wassermolekül vibriert und sich der HOH-Winkel ändert, ändert sich die Elektronenverteilung um Sauerstoff. Ich würde sagen, dass der Sauerstoff während der Vibration rehybridisiert. Für mich ist es ‚ eine Kurzform, um eine Änderung der Elektronendichte mit einer daraus resultierenden Änderung der physikalischen Eigenschaften zu bezeichnen. 2) Ich dachte, dass ein Kohlenstoff-sp3-Hybridorbital eine lineare Kombination der Kohlenstoff-2s und 2p-AOs ist. Wenn ich ‚ falsch liege, könnten Sie etwas näher darauf eingehen? 3) Ich stimme zu, ich wollte sagen, dass es eine Tendenz in meinem ursprünglichen Beitrag war, aber vergessen. Bearbeitet und hinzugefügt.
- @AnuragBaundwal Ja, die Bindungslänge von $ \ ce {CF} $ in $ \ ce {CH3F} $ ist länger (139 Uhr) als die in $ \ ce {CF4} $ (132 Uhr). Die Bindungslänge von $ \ ce {CH} $ in $ \ ce {CH3F} $ (108,7 pm) ist etwas kürzer als die in Methan (109,1 pm).
- Warum kann ‚ ist es nicht sp5 …… wie haben Sie entschieden, dass es sp4 ist?
Antwort
Haben Sie den Wikipedia-Artikel nach Bents Regel gelesen (insbesondere den Absatz Begründung )? Ich denke, er erklärt die Dinge ziemlich gut Beispiel für $ \ ce {H3CF} $ ist $ \ ce {H} $ elektropositiver als $ \ ce {C} $ und $ \ ce {F} $ elektronegativer als $ \ ce {C} $ Unter der Annahme, dass wie in $ \ ce {CH4} $ das $ \ ce {C} $ -Atom $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ als Ausgangspunkt hybridisiert ist, sagt uns Bents Regel, dass das $ \ ce {C} $ – Orbitale, die zur Bildung von Bindungen zwischen $ \ ce {C} $ und $ \ ce {H} $ verwendet werden, sind keine „reinen“ $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ -Orbitale, sondern enthalten ein höheres $ \ mathrm {s} $ Zeichen, während das $ \ ce {C} $ – Orbital, das zur Bildung der Bindung zwischen $ \ ce {C} $ und $ \ ce {F} $ verwendet wird, ein höheres $ \ mathrm {p enthält } $ Zeichen als ein „reines“ $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ Orbital. Was Bindungswinkel betrifft: Die Konsequenzen der Bentschen Regel für die Bindungswinkel werden auch im Wikipedia-Artikel ziemlich gut erklärt.
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- Höher s-Charakter für die CH-Bindungen, weil die H ‚ s die Elektronendichte nicht stabilisieren können, und ein höherer p-Charakter für die CF-Bindung, weil das Fluor Elektronen besser stabilisieren kann?
- @ Dissenter Im Wesentlichen ja. Anstatt äquivalente sp ³ -Orbitale auf alle vier Substituenten zu richten, stabilisiert eine Verschiebung des s-Charakters in Richtung der CH-Bindungen diese Bindungen aufgrund der erhöhten Elektronendichte in der Nähe der (elektronegativeren) stark ) Kohlenstoff, während der Charakter von der CF-Bindung weg verschoben wird, erhöht seine Energie um einen geringeren Betrag, da die Elektronendichte dieser Bindung ‚ ohnehin und damit weiter lokalisiert ist aus dem Kohlenstoff.
- Wie bestimmen wir die Ausrichtung der Orbitale – dh wo t Hey sind gerichtet?
- @Dissenter Es geht mehr um die Bonding-Partner. Wenn Sie unterschiedliche Bindungspartner haben, z. B. elektropositiv A und elektronegativ B, für ein Zentralatom C, dann haben die Bindungen / Bindungsorbitale von C nach A mehr s Charakter als erwartet und die Bindungen von C nach B haben weniger s Charakter als erwartet. Der s-Charakter konzentriert sich also in Bindungen / Orbitalen, die auf elektropositive Substituenten gerichtet sind. In diesem Sinne wird in der Definition das Wort “ gerichtet “ verwendet.
- @Dissenter Ja, weil s-Orbitale “ “ näher am Kern eindringen, so dass die höhere Elektronegativität sie stärker beeinflusst als p-Orbitale.
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