Olen kaikki taipunut muodostaan yrittäen selvittää, mitä Bentin sääntö tarkoittaa. Minulla on siitä useita formulaatioita, ja yleisin muotoilu on myös vaikeimmin ymmärrettävä.
Atomin merkki keskittyy elektropositiivisiin substituentteihin kohdistuville kiertoradoille
Miksi onko tämä totta? Harkitse $ \ ce {H3CF} $.
Sekä hiili että fluori ovat noin $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridisoituneita. Kun otetaan huomioon, että hiili on enemmän elektropositiivista kuin fluori, pitäisikö minun tehdä johtopäätös, että koska hiili on enemmän elektropositiivista kuin fluori, $ \ ce {CF} $ -sidoksessa on paljon s-merkkejä ja suurin osa tästä s- hahmo on hiilen ympärillä?
Vai onko kyseessä väärä käsitys ”elektropositiivisiin substituentteihin kohdistuvista kiertoradoista”? Fluori on hybridisoitunut $ \ ce {sp ^ 3} $ ja nämä kiertoradat ovat ”suunnattu” kohti hiiltä siinä mielessä, että hybridikiertoradan iso lohko osoittaa kohti hiiltä. Joten elektronitiheys keskittyy lähellä fluoria? Koska sillä olisi järkevämpää.
Ja tällä fluoriin keskittyvällä s-merkillä on mitä vaikutus sidekulmaan? Ymmärrän, että mitä enemmän s-merkillä joukkovelkakirjalailla on, sitä suurempi on sidekulma – harkitse $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $. Mutta koska $ \ ce {C-F} $ -lainassa on nyt vähemmän s-merkkiä hiilen ympärillä, $ \ ce {H-C-F} $ -sidoksen kulma voi kutistua, eikö?
Kommentit
- Fluori ei todellakaan ole hybridisoitunut sp3. Yleensä mikään terminaalisista atomeista ei käytä tätä hybridisaatiota, ne ovat yleensä aina hybridisoituneita.
- Martin ' -kohdan tarkentamiseksi: Geometria ajaa hybridisaatiota. Hybridisaatio ei aja geometriaa.
- @MartinSo CF4 / CH4: ssä terminaaliatomin hybridisaatio on näin?
Vastaa
Se on hyvä, tiivis lausunto Bentin säännöstä. Tietenkin olisimme voineet aivan yhtä oikein sanoa, että p-merkki pyrkii keskittymään elektronegatiivisiin elementteihin kohdistuville kiertoradoille. Käytämme tätä viimeksi mainittua lauseketta, kun tutkimme metyylifluoridia alla. Mutta ensin laajennetaan määritelmää hieman, jotta se on kaikille selkeä.
Bentin sääntö puhuu metyylifluoridin hybridisaatiosta. molekyylin $ \ ce {XAY} $ keskeinen atomi ($ \ ce {A} $).
$ \ ce {A} $ tarjoaa hybridisoituneita atomirataaleja, jotka muodostavat $ \ ce {A} $ osa joukkolainastaan $ \ ce {X} $ ja $ \ ce {Y} $. Bentin sääntö sanoo, että kun muutamme $ \ ce {X} $: n ja \ tai $ \ ce {Y} $: n elektronegatiivisuutta, $ \ ce {A} $ pyrkii hybridisoimaan orbitaalinsa uudelleen niin, että enemmän s-merkkejä sijoitetaan niillä kiertoradoilla, jotka on suunnattu enemmän elektropositiivista substituenttia varten.
Tutkitaan, miten Bentin sääntöä voidaan soveltaa esimerkkisi metyylifluoridista. $ \ ce {CF} $ -sidoksessa hiilihybridi kiertorata on suunnattu elektronegatiiviselle fluorille. Bentin sääntö viittaa siihen, että tämä hiilihybridi-orbitaali on rikkaampi p-luonteeltaan kuin mitä muuten epäilemme. Sen sijaan, että tässä sidoksessa käytetty hiili-hybridirata olisi $ \ ce {sp ^ 3} $ -hybridisoitunut, sillä on yleensä enemmän p-merkkiä ja se siirtyy siten kohti $ \ ce {sp ^ 4} $ -hybridisaatiota.
Miksi tämä on? s kiertoradat ovat pienempiä kuin p orbitaalit. Siksi elektronit ovat vakaampia (pienempi energia), kun ne ovat kiertoradoilla, joilla on enemmän s-merkkiä. Kaksi dollaria $ \ ce {C-F} $ -sidoksessa viettävät enemmän aikaa elektronegatiivisen fluorin ympärillä ja vähemmän aikaa hiilen ympärillä. Jos näin on (ja näin onkin), miksi ”tuhlata” kallisarvoista, vähän energiaa kuluttavaa kiertoradaa hiilihybridi-kiertoradalla, jolla ei ole paljon elektronitiheyttä vakautumaan. Sen sijaan, tallenna tämä merkki käytettäväksi hiilihybridiratailla, joilla on enemmän elektronitiheyttä hiilen ympärillä (kuten $ \ ce {C-H} $ -sidokset). Joten Bentin säännön seurauksena odotamme enemmän p-merkkiä hiilihybridi-kiertoradalla, jota käytetään muodostamaan $ \ ce {CF} $ -sidos, ja enemmän s-merkkiä hiilihybridi-orbitaaleissa, joita käytetään muodostamaan $ \ ce {CH} $ joukkovelkakirjat.
Kaiken tämän fyysisesti havaittavissa oleva tulos on odotettavissa $ \ ce {HCH} $ -kulma, joka on suurempi kuin 109,5 °: n tetraedrikulma (heijastaa useampaa merkkiä) ja $ \ ce {HCF} $ -kulma, joka on hieman pienempi kuin 109,5 ° (heijastaa enemmän p-merkkiä). joukkolainojen pituuksien vuoksi odotamme $ \ ce {CH} $ -lainan lyhenemistä (enemmän merkkiä) ja $ \ ce {CF} $ -lainan pidentymistä (lisää p-merkkiä).
Kommentit
- Pidä mielessä, että Bent ' -sääntö puhuu hybridi-orbitaaleille – osalle sidosta, ei koko sidokseen. Sanoisin, että 1) atomi hybridisoituu uudelleen hybridi-orbitaalinsa jakaakseen merkin viisaasti (esim.noudattamaan taivutettua ' sääntöä, käytä enemmän s-merkkiä (vakaa kiertoradat) kiertoradoilla, joilla on enemmän elektronitiheyttä, kuin 2-s-merkkien sisällöllä tietyn atomin hybridi-orbitaalien yhteenlaskettu summa on 1.
- (1) Uudelleen hybridisaatiota ei ole olemassa, koska se on matemaattinen käsite, joka on seurausta tietystä sitoutumistilanteesta. (2) Taivutettua ' -sääntöä ei sovelleta erityisesti hybriditiebitaaleihin, vaan atomiorbitaalien lineaariseen yhdistelmään. (Se on pieni, mutta kaikki määrittävä ero.) (3) Se ei ole a priori sääntö, vaan pikemminkin yleistetty havainto.
- @Martin 1) I " ymmärtää ", mutta se on kätevä sana. Kun vesimolekyyli värisee ja HOH-kulma muuttuu, tapahtuu muutos elektronijakaumassa hapen ympärillä. Sanoisin, että happi hybridisoituu tärinän aikana. Minulle se ' on lyhyt tapa merkitä elektronitiheyden muutos seurauksena fysikaalisten ominaisuuksien muutos. 2) Luulin, että hiili sp3 -hybridi-orbitaali oli lineaarinen yhdistelmä hiili 2: ta ja 2p AO: ta. Jos olen ' väärässä, voisitko tarkentaa hieman? 3) Olen samaa mieltä, halusin sanoa, että se oli taipumus alkuperäisessä viestissäni, mutta unohdin. Muokattu ja lisätty.
- @AnuragBaundwal Kyllä, $ \ ce {CF} $ -lainan pituus $ \ ce {CH3F} $: ssa on pidempi (139 pm) kuin $ \ ce {CF4} $ (132 pm). $ \ Ce {CH} $ -lainan pituus dollareissa $ \ ce {CH3F} $ (108,7 pm) on hieman lyhyempi kuin metaanin (109,1 pm).
- Miksi ' t se on sp5 …… miten päätit sen olevan sp4?
Vastaa
Oletko lukenut Wikipedia-artikkelin Bentille-säännön (erityisesti perustelu -kohdan). Mielestäni se selittää asiat melko hyvin. esimerkki $ \ ce {H3CF} $, $ \ ce {H} $ on sähköpositiivisempi kuin $ \ ce {C} $ ja $ \ ce {F} $ on elektronegatiivisempi kuin $ \ ce {C} $. , käyttämällä oletusta, että kuten $ \ ce {CH4} $: ssa, $ \ ce {C} $ -atomi on hybridisoitunut lähtökohtana $ \ mathrm {sp} ^ 3 $, Bentin sääntö kertoo meille, että $ \ ce {C} $ – kiertoradat, joita käytetään muodostamaan sidoksia dollarin $ \ ce {C} $ ja $ \ ce {H} $ välillä, eivät ole ”puhtaita” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ kiertoratoja, mutta sisältävät korkeamman dollarin \ mathrm {s} $ -merkki, kun taas $ \ ce {C} $ – kiertorata, jota käytetään muodostamaan sidos $ \ ce {C} $: n ja $ \ ce {F} $: n välillä, sisältää korkeamman $ \ mathrm {p } $ merkki kuin ”puhdas” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ kiertorata. Mitä tulee sidontakulmiin: Bentin säännön seuraukset sidontakulmille selitetään myös melko hyvin Wikipedia-artikkelissa.
Kommentit
- Korkeampi s merkki CH-sidoksille, koska H ' s eivät pysty vakauttamaan elektronitiheyttä ja korkeammat p-merkit CF-sidoksessa, koska fluori voi paremmin stabiloida elektroneja?
- @ Dissenter Keskeisesti kyllä. Sen sijaan, että vastaava sp ³ orbitaali ohjataan kaikkia neljää substituenttia kohti, s-merkin siirtäminen kohti CH-sidoksia vakauttaa nämä sidokset suuresti johtuen lisääntyneestä elektronitiheydestä lähellä ) hiiltä, samalla kun s-merkin siirtäminen pois CF-sidoksesta lisää sen energiaa pienemmällä määrällä, koska kyseisen sidoksen ' elektronitiheys lokalisoituu enemmän elektronegatiivisempaan F joka tapauksessa ja siten edelleen hiilestä.
- Kuinka päätämme orbitaalien suunnan – ts. missä t heitä ohjataan?
- @Dissenter Kyse on enemmän sidontakumppaneista. Kun sinulla on erilaisia sitoutumiskumppaneita, sanokaapa elektropositsi A ja elektronegatiivi B, keskiatomille C, sidoksilla / sidosradioilla välillä C – A on enemmän merkkejä kuin odotettavissa ja joukkovelkakirjoilla C: stä B: hen on vähemmän s merkki kuin odotettiin. Joten s-merkki keskittyy sidoksiin / kiertoradoihin, jotka on suunnattu elektropositiivisiin substituentteihin. Tässä mielessä määritelmässä käytetään sanaa " suunnattu ".
- @Dissenter Kyllä, koska s orbitaalit " tunkeutuvat " lähemmäksi ydintä siten, että suurempi elektronegatiivisuus vaikuttaa niihin voimakkaammin kuin p orbitaalit.