Diborane heeft de interessante eigenschap dat het twee 3-gecentreerde bindingen heeft die elk bij elkaar worden gehouden door slechts 2 elektronen (zie het onderstaande diagram, van Wikipedia ). Deze staan bekend als “bananenbanden”.
Ik neem aan dat er een soort bindingshybridisatie plaatsvindt, maar de geometrie lijkt niet te lijken op alles wat ik ken met Carbon. Wat voor soort hybridisatie is het, en waarom zien we niet veel (enige?) andere moleculen met deze bindingsstructuur?
Antwoord
Kijk goed, het is een (vervormde) tetraëdrische – vier groepen op bijna symmetrische posities in de 3D-ruimte {*}. Dus de hybridisatie is $ sp ^ 3 $.
Zoals je kunt zien, is de vorm vervormd, maar hij is tetraëdrisch. Technisch gezien kan worden gezegd dat de bananenbindingen bestaan uit orbitalen die lijken op $ sp ^ 3 $, maar niet precies (zoals twee $ sp ^ {3.1} $ en twee $ sp ^ {2.9} $ orbitalen – aangezien hybridisatie slechts toevoeging van golffuncties, kunnen we altijd de coëfficiënten veranderen om de juiste geometrie te geven). Ik ben hier echter niet zo zeker van.
$ \ ce {B} $ heeft een valentieschil van $ 2s ^ 22p ^ 1 $, dus drie covalente bindingen geven het een onvolledig octet. $ \ Ce { BH3} $ heeft een lege $ 2p $ orbitaal. Deze orbitaal overlapt de bestaande $ \ ce {BH} $ $ \ sigma $ bond-wolk (in een nabijgelegen $ \ ce {BH3} $) en vormt een 3c2e-binding.
Het lijkt erop dat er veel meer verbindingen zijn met 3c2e-geometrie . Ik “was helemaal vergeten dat er hele homologe series” onder “boranen” stonden die allemaal 3c2e-bindingen hebben (hoewel niet dezelfde structuur)
En er zijn ook indium- en galliumverbindingen. Nog steeds groep IIIA, hoewel dit metalen zijn. Ik denk dat ze, zoals $ \ ce {Al} $, vormen nog steeds covalente obligaties.
Dus de fundamentele reden voor dit gebeuren is te wijten aan een onvolledig octet dat zichzelf wil vullen.
Houd er rekening mee dat “banaan” niet noodzakelijk alleen voor 3c2e -bindingen is. Elke gebogen binding is wordt een “bananen” -band genoemd.
Met betrekking tot vergelijkbare structuren komen $ \ ce {BeCl2} $ en $ \ ce {AlCl3} $ in gedachten, maar beide hebben de structuur via datieve (coördinaat) banden . Bovendien is $ \ ce {BeCl2} $ vlak.
Sluipt weg en controleert Wikipedia. Wikipedia zegt dat $ \ ce {Al2 (CH3) 6} $ vergelijkbaar is qua structuur en type binding.
Ik denk dat we hebben minder van dergelijke verbindingen omdat er relatief weinig elementen zijn ($ \ ce {B} $ groep vrijwel) met $ \ leq3 $ valentie-elektronen die covalente bindingen vormen (criteria voor de lege orbitaal). Bovendien is $ \ ce {Al} $ een dubieus geval – het lijkt op zowel covalente als ionische bindingen. Ook voor deze geometrie (hetzij door bananenbindingen of door datiefbindingen), veronderstel ik dat de relatieve afmetingen er ook toe doen – aangezien $ \ ce {BCl3} $ een monomeer is, hoewel $ \ ce {Cl} $ een eenzaam paar heeft en kan een datiefbinding vormen.
* Misschien “ben je gewend aan het beeld van een tetraëdrische structuur met een atoom bovenaan? Kantel het booratoom mentaal totdat er een waterstof boven is. besef dat dit ook tetraëdrisch is.
Opmerkingen
- Ik zie hoe het zou een tetraëdrische kunnen hebben vorm, maar het lijkt erop dat het niet ' t zou zijn vanwege de spanning.
- @jonsca: Vervormde tetraëdrische. Ja, men kan zeggen dat de hybridisatie niet ' t precies $ sp ^ 3 $ (aanstaande bewerken)
- Overigens: een groot aantal van de verbindingen gevormd door de elementen van de boorgroep vertonen 3c2e-bindingen … Afgezien van de massa boor (de boranen vertonen al een rijke diversiteit!) En aluminiumverbindingen, zijn er gallium- en indiumverbindingen die 3c2e-obligaties weergeven; bijv. in hier , hier , hier , hier en hier . Ik ' ben er zeker van dat er meer zijn …
- Men moet voorzichtig zijn als het over hybridisatie gaat. Het kan worden gebruikt als een concept dat een bepaalde bindingssituatie verklaart die het resultaat is van een bepaalde geometrische samenstelling van een molecuul. Ook hebben de meeste covalente gebonden moleculen meer centrale bindingen.
- AFAIK, Bananenbindingen komen voor in hydriden van metaalcarbonylen en in metaalcarbonylen zelf. Ze gaan echter gepaard met een directe sigma-binding.
Antwoord
Hier is een plot van de kwantumtheorie van Atoms in Molecules antwoord op uw vraag. Ik heb de bindingspaden van $ \ ce {B2H6} $ getoond. Ze zijn inderdaad “banaanachtig” maar interessant genoeg zijn ze naar binnen gekromd, in tegenstelling tot het geval van cyclopropaan die naar buiten gekromd zijn.
(Hybridisatie bestaat niet.Ik weet ook niet zeker of het zin heeft om aantal elektronen – alsof het aliquots zijn – toe te schrijven aan een bindingsinteractie.)
Merk ook op dat ik de verbindingspaden heb getekend tussen de Bs en de vier gelijkaardige waterstofatomen als vast (covalent), en de reeks verbindingspaden langs de “brug” zoals gestippeld (niet covalent). Dit komt doordat het teken van de Laplacians van de elektronendichtheid op hun respectievelijke bonc-kritische punten (gele bollen) tegenovergesteld zijn.
Opmerkingen
- Met bindingspaden, neem ik aan dat je een curve van maximale elektronendichtheid tussen atomen bedoelt?
- Technisch gezien de steilste stijging pad door de elektronendichtheid die de twee atomen verbindt.
- Kunt u alstublieft een theorieniveau toevoegen? Ik weet niet zeker welke andere soort binding er zou kunnen zijn tussen boor en waterstof, zeker niet ionisch.
- @Martin Ik kan ' me niet herinneren wat het niveau van theorie is, waarschijnlijk B3LYP / 6-31G *
- Hydribisatie ' bestaat niet ' kan waar zijn, maar het bestaat ook niet. Het concept is nuttig voor verklaringen, dus dit antwoord kan aanzienlijk worden verbeterd door aan te geven waarom de visie op hybridisatie leidt tot een antwoord dat losstaat van de fysische chemie van de situatie.