Mindannyian lehajoltam a formámból, és megpróbáltam rájönni, mit jelent Bent szabálya. Többféle megfogalmazásom van, és a leggyakoribb megfogalmazást is a legnehezebb megérteni.
Az atom karaktere az elektropozitív szubsztituensek felé irányuló pályákra koncentrálódik
Miért ez igaz? Tekintsük a következőt: $ \ ce {H3CF} $.
Mind a szén, mind a fluor nagyjából hibridizálódik $ \ ce {sp ^ 3} $. Tekintettel arra, hogy a szén elektropozitívabb, mint a fluor, azt a következtetést kellene levonnom, hogy mivel a szén elektropozitívabb, mint a fluor, a $ \ ce {CF} $ kötésben nagyon sok s-karakter van, és ennek az s- karakter a szén körül van?
Vagy ez az “elektropozitív szubsztituensek felé irányuló pályák” félreértése? A fluor $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridizált és ezek a pályák a szén felé “irányulnak”, mivel a hibrid pálya nagy lebenye a szén felé mutat. Tehát az elektron sűrűsége a fluor közelében koncentrálódik? Mert ennek több értelme lenne.
És ez a fluorra koncentrált s karakter mi befolyásolja a kötési szöget? Megértem, hogy minél több s karakter van egy kötésnél, annál nagyobb a kötés szöge – vegyük figyelembe a $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $ értéket. De mivel a $ \ ce {C-F} $ kötvénynek kevesebb s-karaktere van a szén körül, a $ \ ce {H-C-F} $ kötés szöge zsugorodhat, igaz?
Megjegyzések
- A fluor biztosan nem hibridizált sp3. Általában egyik terminális atom sem használja ezt a hibridizációt, általában mindig hibridizálódnak.
- Martin ' s pontjának kifejtésére: A geometria vezérli a hibridizációt. A hibridizáció nem vezérli a geometriát.
- @MartinSo a CF4 / CH4-ben a terminális atom hibridizációja így lesz?
Válasz
Ez jó, tömör nyilatkozat Bent szabályáról. Természetesen ugyanolyan helyesen mondhattuk volna, hogy a p karakter hajlamos az elektronegatív elemekre irányított pályákra koncentrálni. Ezt az utóbbi kifejezést fogjuk használni, amikor az alábbiakban megvizsgáljuk a metil-fluoridot. De először bővítsük ki kicsit a definíciót, hogy mindenki számára érthető legyen.
Bent szabálya a a központi atom ($ \ ce {A} $) a $ \ ce {XAY} $ molekulában.
$ \ ce {A} $ hibridizált atompályákat biztosít, amelyek $ \ ce {A} $ $ \ ce {X} $ és $ \ ce {Y} $ kötvényének része. Bent szabálya azt mondja, hogy amint megváltoztatjuk a $ \ ce {X} $ és \ vagy $ \ ce {Y} $ elektronegativitását, a $ \ ce {A} $ hajlamos lesz hibridizálni a pályáját úgy, hogy több karakter kerüljön azokon a pályákon, amelyek az elektropozitívabb szubsztituensek felé irányulnak.
Vizsgáljuk meg, hogyan lehetne alkalmazni Bent szabályát a metil-fluorid példájára. A $ \ ce {CF} $ kötésben a szénhibrid A pálya az elektronegatív fluor felé irányul. Bent szabálya szerint ez a szénhibrid pálya gazdagabb lesz p karakterben, mint azt egyébként gyaníthatnánk. Ahelyett, hogy ebben a kötésben széndioxid hibrid orbitált használnánk, a $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridizálódna, általában több p karakter lesz, ezért a $ \ ce {sp ^ 4} $ hibridizáció felé halad.
Miért van ez? s pályák alacsonyabb energiájúak, mint p pályák. Ezért az elektronok stabilabbak (alacsonyabb energiájúak), ha nagyobb s karakterű pályákon vannak. A $ \ ce {C-F} $ kötésben lévő két elektron több időt tölt el az elektronegatív fluor körül és kevesebb időt a szén körül. Ha ez a helyzet (és így van), akkor miért kell “pazarolni” az értékes, alacsony energiájú, orbitális karaktert egy olyan szénhibrid pályán, amelynek nincs sok elektronsűrűsége stabilizálódni. Ehelyett mentse el ezt a karaktert olyan szénhibrid pályákra, amelyeknél nagyobb az elektronsűrűség a szén körül (például a $ \ ce {C-H} $ kötéseknél). Tehát Bent szabályának következményeként több p karakterre számítanánk a $ \ ce {CF} $ kötés kialakításához használt szénhibrid pályán, és több s karakterrel a $ \ formálásához használt szénhibrid pályákon. ce {CH} $ kötvények.
Mindennek a fizikailag megfigyelhető eredménye az, amire számíthatunk a $ \ ce {HCH} $ szög nagyobb, mint a 109,5 ° -os tetraéderes szög (tükrözi a több karaktert) és a $ \ ce {HCF} $ szög valamivel kisebb, mint a 109,5 ° (több p karaktert tükröz). kötvényhosszúság esetén a $ \ ce {CH} $ kötvény rövidülésére számítunk (több karakter) és a $ \ ce {CF} $ kötvény meghosszabbodására (több p karakter).
Hozzászólások
- Ne feledje, hogy a Bent ' szabály hibrid pályákra vonatkozik – a kötés egy része, nem pedig a teljes kötés. Azt mondanám, hogy 1) az atom hibridizálja hibrid pályáit, hogy okosan ossza meg a karakterét (pl.A Bent ' szabály betartása érdekében használjon több s karaktert (stabilizálja a pályákat) nagyobb elektronsűrűségű pályákon, szemben a kisebb elektronsűrűségű pályákkal) és 2) az s karaktertartalmat az összes az adott atom hibrid pályáinak összege 1-nek kell lennie.
- (1) Nincs olyan, hogy rehibridizálódjon, mivel ez egy matematikai fogalom, amely egy bizonyos kötési helyzet eredménye. (2) A hajlított ' szabály nem kifejezetten a hibrid pályákra vonatkozik, hanem az atomos pályák lineáris kombinációjára. (Ez egy apró, de mindent meghatározó különbség.) (3) Ez nem a priori szabály, sokkal inkább általánosított megfigyelés.
- @Martin 1) I " understand ", de ez egy praktikus szó. Amikor egy vízmolekula rezeg és a HOH szög megváltozik, az oxigén körüli elektroneloszlás megváltozik. Azt mondanám, hogy az oxigén rehibridizál a rezgés során. Számomra ez ' gyorsírás az elektronsűrűség változásának és a fizikai tulajdonságok következményes változásának jelölésére. 2) Úgy gondoltam, hogy a carbon sp3 hibrid pálya a 2-es szénatom és a 2p AO lineáris kombinációja. Ha ' tévednék, tudnál részletezni egy kicsit? 3) Egyetértek, azt akartam mondani, hogy ez tendencia volt az eredeti bejegyzésemben, de elfelejtettem. Szerkesztette és hozzáadta.
- @AnuragBaundwal Igen, a $ \ ce {CF} $ kötvényhossz $ $ ce {CH3F} $ értékben hosszabb (139 pm), mint a $ \ ce {CF4} $ (132 óra). A $ \ ce {CH} $ kötvény hossza a $ \ ce {CH3F} $ értékben (108,7 pm) valamivel rövidebb, mint a metáné (109,1 pm).
- Miért ' t, hogy sp5 …… hogyan döntötted sp4-nek?
Válasz
Olvastad a Wikipédia Bent-re vonatkozó cikkét (különösen a Indokolás bekezdést). Azt hiszem, elég jól megmagyarázza a dolgokat. A $ \ ce {H3CF} $ példa a $ \ ce {H} $ elektropozitívabb, mint a $ \ ce {C} $, a $ \ ce {F} $ pedig elektronegatívabb, mint $ \ ce {C} $. , feltételezve, hogy a $ \ ce {CH4} $ -hoz hasonlóan a $ \ ce {C} $ atom is $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ hibridizálódik kiindulópontként, Bent szabálya azt mondja nekünk, hogy a $ \ ce {C} $ – olyan pályák, amelyek kötések kialakítására szolgálnak a $ \ ce {C} $ és a $ \ ce {H} $ között, nem lesznek “tiszta” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ pályák, de magasabb dollárt tartalmaznak \ mathrm {s} $ karakter, míg a $ \ ce {C} $ – pálya, amelyet a $ \ ce {C} $ és $ \ ce {F} $ közötti kötelék kialakítására használnak, magasabb $ \ mathrm {p } $ karakter, mint egy “tiszta” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ pálya. Ami a kötés szögeit illeti: Bent szabályának a kötés szögeire gyakorolt következményeit a Wikipedia cikk is elég jól megmagyarázza.
Hozzászólások
- Magasabb s karaktert a CH kötéseknél, mert a H ' ek nem képesek stabilizálni az elektron sűrűségét, és a CF kötésnél nagyobb a p karakter, mert a fluor jobban stabilizálja az elektronokat?
- @ Dissenter lényegében igen. Ahelyett, hogy egyenértékű sp ³ pályákat irányítana mind a négy szubsztituens felé, az s karakter CH-kötések felé történő elmozdítása ezeket a kötéseket nagymértékben stabilizálja, mivel a (több ) szénatomot, miközben s karakterének elmozdulása a CF kötéstől kisebb mértékben növeli az energiáját, mert ez a kötés ' kötés elektron sűrűsége egyébként is jobban lokalizálódik az elektronegatívabb F a szénből.
- Hogyan dönthetjük el a pályák orientációját – azaz hol t hé irányítottak?
- @Dissenter Ez inkább a kötőpartnerekről szól. Ha különböző kötődési partnerei vannak, mondjuk egy A központi atomra mondjuk az A elektropozitívat és a B elektronegatívat, akkor a C-től A-ig kötések / kötés pályák több karakterrel rendelkeznek , mint és a kötvények C-től B-ig a vártnál kevésbé s karakterűek lesznek . Tehát az s karakter az elektropozitív szubsztituensek felé irányuló kötésekben / pályákban koncentrálódik. Ez az az értelem, amikor a definícióban a " irányított " szót használják.
- @Dissenter Igen, mert s pályák " " közelebb hatolnak a maghoz, így a magasabb elektronegativitás erősebben hat rájuk, mint a p pályák.