Diboran ma interesującą właściwość posiadania dwóch 3-centralnych wiązań, z których każde jest utrzymywane razem tylko przez 2 elektrony (patrz poniższy diagram, z Wikipedia ). Są one znane jako „wiązania bananowe”.
Zakładam, że zachodzi jakiś rodzaj hybrydyzacji wiązań, ale geometria nie wydaje się być podobna do wszystkiego, co znam z karbonem. Jaki to rodzaj hybrydyzacji i dlaczego czy nie widzimy wielu (żadnych?) innych cząsteczek z taką strukturą wiązania?
Odpowiedz
Przyjrzyj się uważnie, to jest (zniekształcona) czworościenna – cztery grupy w prawie symetrycznych pozycjach w przestrzeni 3D {*}. Zatem hybrydyzacja to $ sp ^ 3 $.
Jak widać, kształt jest zniekształcony, ale jest czworościenny. Technicznie rzecz biorąc, można powiedzieć, że obligacje bananowe składają się z orbitali podobnych do $ sp ^ 3 $, ale nie dokładnie (jak dwa orbitale $ sp ^ {3.1} $ i dwa $ sp ^ {2.9} $ – ponieważ hybrydyzacja jest tylko dodając funkcje falowe, zawsze możemy zmienić współczynniki, aby uzyskać odpowiednią geometrię). Nie jestem tego jednak zbyt pewien.
$ \ ce {B} $ ma powłokę walencyjną 2 $ s ^ 22p ^ 1 $, więc trzy wiązania kowalencyjne dają niekompletny oktet. $ \ Ce { BH3} $ ma pusty orbital $ 2p $. Ten orbital zachodzi na istniejącą chmurę obligacji $ \ ce {BH} $ $ \ sigma $ (w pobliskiej $ \ ce {BH3} $) i tworzy wiązanie 3c2e.
Wygląda na to, że jest o wiele więcej związków o geometrii 3c2e . Całkowicie zapomniałem, że pod hasłem „boranes” są całe serie homologiczne które wszystkie mają wiązania 3c2e (choć nie mają takiej samej struktury)
I są też związki indu i galu. Nadal grupa IIIA, chociaż są to metale. Sądzę, że tak jak $ \ ce {Al} $, nadal tworzą wiązania kowalencyjne.
Więc podstawowym powodem tego jest niepełny oktet, który chce się wypełnić.
Pamiętaj, że „banan” niekoniecznie jest przeznaczony tylko do obligacji 3c2e . Dowolne wiązanie zagięte to nazywana wiązaniem „bananowym”.
Jeśli chodzi o podobne struktury, przychodzą na myśl $ \ ce {BeCl2} $ i $ \ ce {AlCl3} $, ale obie mają strukturę za pośrednictwem wiązań celownikowych (współrzędnych) . Dodatkowo $ \ ce {BeCl2} $ jest planarne.
Wymyka się i sprawdza Wikipedię. Wikipedia mówi, że $ \ ce {Al2 (CH3) 6} $ ma podobną strukturę i typ wiązania.
Chyba mamy mniej takich związków, ponieważ jest stosunkowo mało pierwiastków (grupa $ \ ce {B} $ prawie) z elektronami walencyjnymi $ \ leq3 $, które tworzą wiązania kowalencyjne (kryteria dla pustego orbitalu). Dodatkowo $ \ ce {Al} $ jest wątpliwym przypadkiem – lubi zarówno wiązania kowalencyjne, jak i jonowe. Również dla tej geometrii (czy to wiązaniami bananowymi, czy celownikami), przypuszczam, że względne rozmiary również mają znaczenie – ponieważ $ \ ce {BCl3} $ jest monomerem, mimo że $ \ ce {Cl} $ ma samotną parę i może tworzyć celownik.
* Może jesteś przyzwyczajony do widoku struktury czworościennej z atomem na górze? Mentalnie przechylaj atom boru, aż wodór znajdzie się na górze. Powinieneś zdaj sobie sprawę, że to również jest czworościenny.
Komentarze
- Widzę, jak może mieć czworościenną kształtu, ale wygląda na to, że nie ' t z powodu odkształcenia.
- @jonsca: Zniekształcona czworościenna. Tak, można powiedzieć, że hybrydyzacja nie jest ' t dokładnie $ sp ^ 3 $ (edytuj nadchodzące)
- Jeśli o to chodzi: spora liczba związków utworzonych przez pierwiastki z grupy boru wykazuje wiązania 3c2e … Oprócz mnóstwa boru (borany już teraz wykazują bogatą różnorodność!) I związków glinu, istnieją związki galu i indu, które wyświetlać obligacje 3c2e; na przykład w tutaj , tutaj , tutaj , tutaj i tutaj . Ja ' na pewno jest ich więcej …
- Należy ostrożnie mówić o hybrydyzacji. Można to wykorzystać jako pojęcie wyjaśniające pewną sytuację wiązania, która wynika z określonego składu geometrycznego cząsteczki. Również większość cząsteczek związanych kowalencyjnie ma więcej wiązań centralnych.
- AFAIK, wiązania bananowe występują w wodorkach karbonylków metali oraz w samych karbonylkach metali. Towarzyszy im jednak bezpośrednie wiązanie sigma.
Odpowiedź
Oto wykres teorii kwantowej Atoms in Molecules odpowiada na Twoje pytanie. Pokazałem ścieżki obligacji $ \ ce {B2H6} $. Rzeczywiście, są „podobne do bananów”, ale co ciekawe, są zakrzywione do wewnątrz, w przeciwieństwie do przypadku cyklopropanu, który jest zakrzywiony na zewnątrz.
(Hybrydyzacja nie istnieje.Nie jestem też pewien, czy istnieje sens przypisania „liczby elektronów” – tak jak są one podwielokrotne – do jakiejkolwiek interakcji wiązania.)
Zwróć też uwagę, że narysowałem ścieżki wiązania pomiędzy B „i czterema wodorami podobnymi do ciała stałego (kowalencyjne), a zestaw ścieżek wiązań wzdłuż” mostu „jako przerywany (nie kowalencyjny). Dzieje się tak, ponieważ znak gęstości elektronów Laplaców w ich odpowiednich punktach krytycznych bonc (żółte kule) jest przeciwny.
Komentarze
- Zakładam, że mówiąc o ścieżkach wiązań masz na myśli krzywą o maksymalnej gęstości elektronowej między atomami?
- Technicznie rzecz biorąc, najbardziej strome wzniesienie ścieżka przez gęstość elektronową łączącą dwa atomy.
- Czy mógłbyś dodać poziom teorii? Nie jestem pewien, jakie inne wiązanie może istnieć między borem i wodorem, z pewnością nie jonowe.
- @Martin Nie mogę ' nie przypomnieć sobie, jaki jest poziom teoria jest taka, że prawdopodobnie B3LYP / 6-31G *
- Hydryzacja ' nie istnieje ' może być prawdą, ale to też nie istnieje. Pojęcie to jest przydatne do wyjaśnień, więc tę odpowiedź można by znacznie ulepszyć, wyjaśniając, dlaczego pogląd na hybrydyzację prowadzi do odpowiedzi niezwiązanej z chemią fizyczną sytuacji.