Jaka jest reguła Benta '?

To jest dobre, zwięzłe stwierdzenie reguły Benta. Oczywiście mogliśmy równie słusznie powiedzieć, że znak p ma tendencję do koncentrowania się w orbitalach skierowanych na elementy elektroujemne. Użyjemy tego ostatniego wyrażenia, gdy przyjrzymy się fluorkowi metylu poniżej. Ale najpierw rozwińmy nieco definicję, aby była jasna dla wszystkich.

Reguła Benta mówi o hybrydyzacji centralny atom ($ \ ce {A} $) w cząsteczce $ \ ce {XAY} $.

$ \ ce {A} $ dostarcza zhybrydyzowane orbitale atomowe, które tworzą $ \ ce {A} $ „jest częścią jego więzi z $ \ ce {X} $ i $ \ ce {Y} $. Reguła Benta mówi, że gdy zmieniamy elektroujemność $ \ ce {X} $ i \ lub $ \ ce {Y} $, $ \ ce {A} $ będzie dążyć do ponownej hybrydyzacji swoich orbitali tak, że zostanie umieszczonych więcej znaków s w orbitali skierowanych w stronę bardziej elektrododatniego podstawnika.

Przeanalizujmy, jak można zastosować regułę Benta do twojego przykładu fluorku metylu. W wiązaniu $ \ ce {CF} $ hybryda węglowa Orbital jest skierowany w stronę elektroujemnego fluoru. Reguła Benta sugeruje, że ten hybrydowy orbital węglowy będzie bogatszy w charakter p, niż moglibyśmy się spodziewać. Zamiast hybrydowego orbitalu węgla używanego w tym wiązaniu, który jest zhybrydyzowany $ \ ce {sp ^ 3} $, będzie on miał zwykle więcej znaków p, a zatem będzie dążył do hybrydyzacji $ \ ce {sp ^ 4} $.

Dlaczego tak jest? orbitale s mają mniejszą energię niż orbitale p. Dlatego elektrony są bardziej stabilne (niższa energia), gdy znajdują się na orbitalach o większym charakterze. Dwa elektrony w wiązaniu $ \ ce {C-F} $ będą spędzać więcej czasu wokół elektroujemnego fluoru, a mniej wokół węgla. Jeśli tak jest (i tak jest), to po co „marnować” cenny, niskoenergetyczny charakter orbity na hybrydowy orbital węglowy, który nie ma dużej gęstości elektronowej do stabilizacji. Zamiast tego zachowaj ten znak do wykorzystania w węglowych orbitaliach hybrydowych, które mają większą gęstość elektronów wokół węgla (jak wiązania $ \ ce {C-H} $). Tak więc w konsekwencji reguły Benta spodziewalibyśmy się więcej znaku p w węglowym orbicie hybrydowym używanym do utworzenia wiązania $ \ ce {CF} $ i więcej znaku s w węglowych orbitaliach hybrydowych używanych do utworzenia $ \ ce {CH} $ obligacje.

Fizycznie obserwowalny wynik tego wszystkiego jest taki, że oczekiwalibyśmy kąt $ \ ce {HCH} $ większy niż kąt czworościenny 109,5 ° (odbijający więcej znaków s) i kąt $ \ ce {HCF} $ nieco mniejszy niż 109,5 ° (odbijający więcej znaków p). Pod względem długości obligacji, spodziewalibyśmy się skrócenia obligacji $ \ ce {CH} $ (więcej znaków s) i wydłużenia obligacji $ \ ce {CF} $ (więcej znaków p).

Komentarze

• Pamiętaj, że reguła Benta ' odnosi się do orbitali hybrydowych – części wiązania, a nie całości. Powiedziałbym: 1) atom ponownie zhybrydyzuje swoje orbitale hybrydowe, aby mądrze rozdzielić charakter (np.aby podążać za regułą Benta ', użyj więcej znaków s (ustabilizuj orbitale) na orbitaliach o większej gęstości elektronowej w przeciwieństwie do orbitali o mniejszej gęstości elektronowej) i 2) zawartość znaku s we wszystkich orbitali hybrydowych dla danego atomu musi sumować się do 1.
• (1) Nie ma czegoś takiego jak rehybrydyzacja, ponieważ jest to pojęcie matematyczne, które jest wynikiem pewnej sytuacji wiązania. (2) Wygięta reguła ' nie dotyczy specjalnie orbitali hybrydowych, ale liniowej kombinacji orbitali atomowych. (Jest to drobna, ale definiująca różnica.) (3) Nie jest to reguła a priori, a raczej uogólniona obserwacja.
• @Martin 1) I " rozumiem ", ale jest to przydatne słowo. Kiedy cząsteczka wody wibruje i zmienia się kąt HOH, następuje zmiana w rozkładzie elektronów wokół tlenu. Powiedziałbym, że podczas wibracji tlen ulega ponownej hybrydyzacji. Dla mnie jest to ' skrótowy sposób na oznaczenie zmiany gęstości elektronów, a co za tym idzie, zmiany właściwości fizycznych. 2) Myślałem, że orbital hybrydowy węgla sp3 jest liniową kombinacją węgla 2s i 2p AO. Jeśli ' mylę się, czy mógłbyś trochę rozwinąć? 3) Zgadzam się, chciałem powiedzieć, że to była tendencja w moim oryginalnym poście, ale zapomniałem. Edytował i dodał.
• @AnuragBaundwal Tak, długość obligacji $ \ ce {CF} $ w $ \ ce {CH3F} $ jest dłuższa (139 po południu) niż w $ \ ce {CF4} $ (Godz. 132). Długość obligacji $ \ ce {CH} $ w $ \ ce {CH3F} $ (108,7 pm) jest nieco krótsza niż w przypadku metanu (109,1 pm).
• Dlaczego ' czy to będzie sp5 …… jak zdecydowałeś, że to sp4?

Czy przeczytałeś artykuł w Wikipedii na temat reguły Benta (zwłaszcza akapit Uzasadnienie ). Myślę, że dość dobrze wyjaśnia to wszystko. przykład $ \ ce {H3CF} $ $ \ ce {H} $ jest bardziej elektrododatnie niż $ \ ce {C} $, a $ \ ce {F} $ jest bardziej elektroujemne niż $ \ ce {C} $. Więc , przyjmując założenie, że podobnie jak w $ \ ce {CH4} $ atom $ \ ce {C} $ jest $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ hybrydyzowany jako punkt wyjścia, reguła Benta mówi nam, że $ \ ce {C} $ – orbitale używane do tworzenia wiązań między $ \ ce {C} $ a $ \ ce {H} $ nie będą „czystymi” orbitaliami $ \ mathrm {sp} ^ 3 $, ale będą zawierać wyższe $ \ mathrm {s} $ znak, podczas gdy $ \ ce {C} $ – orbital, który jest używany do utworzenia wiązania między $ \ ce {C} $ a $ \ ce {F} $, będzie zawierał wyższy $ \ mathrm {p } Znak $ niż „czysty” orbital $ \ mathrm {sp} ^ 3 $. Jeśli chodzi o kąty wiązania: konsekwencje reguły Benta dla kątów wiązania są również dość dobrze wyjaśnione w artykule w Wikipedii.

Komentarze

• Wyższe Znak s dla wiązań CH, ponieważ H ' s nie może ustabilizować gęstości elektronów i wyższego znaku p dla wiązania CF, ponieważ fluor może lepiej stabilizować elektrony?
• @ Dysenter W zasadzie tak. Zamiast kierować równoważne orbitale sp ³ w kierunku wszystkich czterech podstawników, przesunięcie charakteru w kierunku wiązań CH znacznie ustabilizuje te wiązania z powodu zwiększonej gęstości elektronów w pobliżu (bardziej elektroujemny ) węgiel, podczas gdy odsunięcie znaku od wiązania CF zwiększy jego energię o mniejszą wartość, ponieważ gęstość elektronów tego wiązania ' jest bardziej zlokalizowana na bardziej elektroujemnym F i tak dalej z węgla.
• Jak decydujemy o orientacji orbitali – tj. gdzie t hej są skierowani?
• @Dissenter Chodzi bardziej o więzi partnerów. Jeśli masz różnych partnerów wiązania, powiedzmy elektropozytywne A i elektroujemne B, dla centralnego atomu C, wówczas wiązania / orbitale wiązania od C do A będą miały więcej znaków niż oczekiwano, a obligacje od C do B będą miały mniej znaków niż oczekiwano. Zatem charakter s koncentruje się w wiązaniach / orbitaliach skierowanych w stronę podstawników elektrododatnich. W tym sensie w definicji jest używane słowo " skierowane ".
• @Dissenter Tak, ponieważ orbitale s " wnikają " bliżej jądra, tak że wyższa elektroujemność wpływa na nie silniej niż orbitale p.