私はすべて、ベントの法則が何を意味するのかを理解しようとして、形が崩れています。私はそれのいくつかの定式化を持っています、そして最も一般的な定式化も理解するのが最も難しいです。
原子の性質は、電気陽性の置換基に向けられた軌道に集中します
なぜこれは本当ですか？ $ \ ce {H3CF} $について考えてみましょう。
炭素とフッ素の両方がおよそ$ \ ce {sp ^ 3} $混成です。炭素はフッ素よりも電気陽性であるとすると、炭素はフッ素よりも電気陽性であるため、$ \ ce {CF} $結合とこのほとんどのs-に多くのs-文字があると結論付ける必要があります。キャラクターはカーボンの周りにありますか？
それとも、これは「電気陽性置換基に向けられた軌道」の誤解ですか？フッ素は$ \ ce {sp ^ 3} $混成軌道であり、これらの軌道は、混成軌道の大きなローブが炭素に向いているという点で、炭素に「向けられ」ています。では、電子密度はフッ素の近くに集中しますか？それはもっと理にかなっているからです。
そして、フッ素に向かって集中しているこのs文字は、結合角にどのような影響を及ぼしますか？結合のS文字が多いほど、結合角度が大きくなることを理解しています。$ \ ce {sp} $と$ \ ce {sp ^ 2} $を比較してください。しかし、$ \ ce {C-F} $結合の炭素周辺のs文字が少なくなっているため、$ \ ce {H-C-F} $結合角は縮小する可能性があります。
コメント
- フッ素はsp3混成ではありません。通常、どの末端原子もこの混成軌道を使用せず、通常は常にsp混成軌道になります。
- Martin 'のポイントを詳しく説明すると、ジオメトリが混成軌道を駆動します。混成はジオメトリを駆動しません。
- @ MartinSoCF4 / CH4では、末端原子の混成はそうなりますか？
回答
それは「ベントのルールの良い簡潔なステートメント」です。もちろん、p文字は電気陰性元素に向けられた軌道に集中する傾向があると同じように正しく言うことができます。以下でフッ化メチルを調べるときは、この後者の言い回しを使用します。しかし、最初に、定義を少し拡張して、すべての人に明確になるようにします。
ベントの規則は次の混成軌道を示しています。分子$ \ ce {XAY} $の中心原子（$ \ ce {A} $）。
$ \ ce {A} $は、$ \ ce {A} $を形成する混成原子軌道を提供します。 “$ \ ce {X} $および$ \ ce {Y} $への結合の一部。ベントの法則によると、$ \ ce {X} $と\または$ \ ce {Y} $の電気陰性度を変更すると、$ \ ce {A} $は軌道を再ハイブリダイズして、より多くのs文字が配置されるようになります。より電気陽性の置換基に向けられた軌道で。
ベントの法則がフッ素メチルの例にどのように適用されるかを調べてみましょう。$ \ ce {CF} $結合では、炭素ハイブリッド軌道は電気陰性度のフッ素に向けられています。ベントの法則は、この炭素ハイブリッド軌道は、他の方法で予想されていたよりもp特性が豊富であることを示唆しています。この結合で使用される炭素ハイブリッド軌道が$ \ ce {sp ^ 3} $混成である代わりに、より多くのp特性を持つ傾向があるため、$ \ ce {sp ^ 4} $混成に向かって移動します。
これはなぜですか？の軌道はp軌道よりもエネルギーが低くなっています。したがって、電子は、より多くのs特性を持つ軌道にあるとき、より安定します（より低いエネルギー）。 $ \ ce {C-F} $結合の2つの電子は、電気陰性度のフッ素の周りにより多くの時間を費やし、炭素の周りにより少ない時間を費やします。もしそうなら（そしてそうですが）、なぜ安定させるための電子密度があまりない炭素混成軌道で貴重な低エネルギーの軌道特性を「浪費」するのでしょうか。代わりに、炭素の周りの電子密度が高い炭素ハイブリッド軌道（$ \ ce {C-H} $結合など）で使用するために、その特性を保存します。したがって、ベントの法則の結果として、$ \ ce {CF} $結合を形成するために使用される炭素混成軌道ではより多くのp文字が、$ \を形成するために使用される炭素混成軌道ではより多くのs文字が期待されます。 ce {CH} $結合。
これらすべての物理的に観察可能な結果は、私たちが期待することです。 $ \ ce {HCH} $の角度が109.5°の四面体の角度よりも大きく（より多くのs文字を反映）、$ \ ce {HCF} $の角度が109.5°よりもわずかに小さい（より多くのp文字を反映）。結合の長さについては、$ \ ce {CH} $結合の短縮（より多くのs文字）と$ \ ce {CF} $結合の延長（より多くのp文字）が予想されます。
コメント
- ベント'の規則は、結合全体ではなく、結合の一部である混成軌道を対象としていることに注意してください。私は言うだろう、1）原子はそのハイブリッド軌道を再混成して、sの文字を賢く分割する（例えばBent 'の規則に従うには、電子密度の低い軌道ではなく、電子密度の高い軌道でより多くのs文字を使用します（軌道を安定させます）。2）すべてのs文字の内容与えられた原子のハイブリッド軌道の合計は1でなければなりません。
- （1）特定の結合状況の結果である数学的概念であるため、再ハイブリダイゼーションのようなものはありません。 （2）Bent 'の規則は、特にハイブリッド軌道には適用されませんが、原子軌道の線形結合に適用されます。 （これは小さな違いですが、すべてを定義する違いです。）（3）それは先験的な規則ではなく、はるかに一般化された観察です。
- @Martin 1）I "理解"ですが、これは便利な言葉です。水分子が振動してHOHの角度が変化すると、酸素の周りの電子分布が変化します。振動中に酸素が再ハイブリダイズすると思います。私にとっては、'は、電子密度の変化とその結果としての物理的特性の変化を表す簡単な方法です。 2）炭素sp3混成軌道は、炭素2sと2pAOの線形結合だと思いました。 'が間違っている場合は、少し詳しく説明していただけますか？ 3）同意します。元の投稿では傾向だったと言うつもりでしたが、忘れていました。編集して追加しました。
- @AnuragBaundwalはい、$ \ ce {CH3F} $の$ \ ce {CF} $結合長は、$ \ ce {CF4} $の結合長よりも長くなっています（139 pm）。 （午後132時）。 $ \ ce {CH3F} $（108.7 pm）の$ \ ce {CH} $結合長は、メタン（109.1 pm）よりもわずかに短いです。
- なぜできるのか' sp5でしたか……どうやってsp4であると決めましたか？
回答
ウィキペディアのベントのルール（特に正当化の段落）を読んだことがありますか。それは物事をかなりよく説明していると思います。 $ \ ce {H3CF} $の例では、$ \ ce {H} $は$ \ ce {C} $よりも電気陰性度が高く、$ \ ce {F} $は$ \ ce {C} $よりも電気陰性度が高くなります。 、$ \ ce {CH4} $のように、$ \ ce {C} $原子が開始点として$ \ mathrm {sp} ^ 3 $ハイブリッド化されているという仮定を使用すると、ベント則は$ \ ceを示します。 {C} $-$ \ ce {C} $と$ \ ce {H} $の間の結合を形成するために使用される軌道は、「純粋な」$ \ mathrm {sp} ^ 3 $軌道ではありませんが、より高い$が含まれます。 \ mathrm {s} $文字に対して、$ \ ce {C} $と$ \ ce {F} $の間の結合を形成するために使用される$ \ ce {C} $軌道には、より高い$ \ mathrm {pが含まれます。 「純粋な」$ \ mathrm {sp} ^ 3 $軌道よりも} $文字。結合角について：結合角に関するベントの規則の結果は、Wikipediaの記事でもかなりよく説明されています。
コメント
- より高いH 'は電子密度を安定化できないため、CH結合の特性は安定せず、フッ素は電子をより安定化できるため、CF結合のp特性は高くなりますか？
- @反対者本質的にはい。同等のsp ³軌道を4つの置換基すべてに向ける代わりに、s特性をCH結合に向けてシフトすると、（より電気陰性の）炭素は、s特性をCF結合から遠ざける一方で、その結合'の電子密度は、いずれにせよ、より電気陰性のFに局在するため、エネルギーの増加は少なくなります。炭素から。
- 軌道の方向をどのように決定するか-つまり、ここでtねえ指示されますか？
- @Dissenterそれは結合パートナーについてです。中心原子Cに対して、異なる結合パートナー、たとえば電気陰性度Aと電気陰性Bがある場合、 CからAへの結合/結合軌道はより多くの特性を持ちます。予想され、 CからB への結合は予想よりも少ないs特性を持ちます。したがって、s特性は、電気陽性置換基に向けられた結合/軌道に集中します。これは、" directed "という単語が定義で使用されている意味です。
- @Dissenterはい、なぜなら、s軌道は"核に近い"を貫通するため、電気陰性度が高いほど、p軌道よりも強く影響します。