Sunt „îndoit în formă, încercând să dau seama ce înseamnă regula Bent”. Am mai multe formulări, iar cea mai obișnuită formulare este, de asemenea, cea mai greu de înțeles.
Caracterul atomic se concentrează în orbitali direcționați către substituenți electropozitivi
acest lucru este adevărat? Luați în considerare $ \ ce {H3CF} $.
Atât carbonul, cât și fluorul sunt aproximativ $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridizate. Având în vedere că carbonul este mai electropozitiv decât fluorul, ar trebui să concluzionez că, deoarece carbonul este mai electropozitiv decât fluorul, există un mare caracter s în legătura $ \ ce {CF} $ și cea mai mare parte a acestui s- caracterul este în jurul carbonului?
Sau este o neînțelegere a „orbitalilor direcționați către substituenți electropozitivi”? Fluorul este $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridizat și acești orbitali sunt „direcționați” către carbon, în sensul că lobul mare al orbitalului hibrid este îndreptat spre carbon. Deci densitatea electronilor se concentrează lângă fluor? Pentru că asta ar avea mai mult sens.
Și acest caracter s concentrat spre fluor are efectul asupra unghiului de legătură? Înțeleg că cu cât are o legătură mai mult s-caracter, cu atât unghiul de legătură este mai mare – ia în considerare $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $. Dar, din moment ce obligațiunea $ \ ce {C-F} $ are acum mai puțin caracter s în jurul carbonului, unghiul obligațiunii $ \ ce {H-C-F} $ se poate micșora, corect?
Comentarii
- Cu siguranță fluor nu este hibridizat sp3. De obicei, niciunul dintre atomii terminali nu folosește această hibridizare, de obicei sunt întotdeauna hibridizați.
- Pentru a elabora punctul Martin ‘: Geometria conduce la hibridizare. Hibridizarea nu conduce geometria.
- @MartinSo în CF4 / CH4 hibridizarea atomului terminal va fi așa?
Răspuns
Aceasta este o afirmație bună și concisă a regulii lui Bent. Desigur, am fi putut spune la fel de corect că caracterul p tinde să se concentreze în orbitali direcționați către elemente electronegative. Vom folosi această ultimă formulare atunci când vom examina fluorura de metil de mai jos. Dar mai întâi, să extindem definiția un pic, astfel încât să fie clar pentru toți.
Regula lui Bent vorbește despre hibridizarea atomul central ($ \ ce {A} $) din molecula $ \ ce {XAY} $.
$ \ ce {A} $ oferă orbitali atomici hibridizați care formează $ \ ce {A} $ face parte din obligațiunea sa la $ \ ce {X} $ și la $ \ ce {Y} $. Regula lui Bent spune că, pe măsură ce schimbăm electronegativitatea $ \ ce {X} $ și \ sau $ \ ce {Y} $, $ \ ce {A} $ va tinde să-și reibridizeze orbitalele astfel încât să se plaseze mai mult caracter în acele orbitale îndreptate către substituentul mai electropozitiv.
Să examinăm modul în care regula Bent ar putea fi aplicată exemplului dvs. de fluorură de metil. În legătura $ \ ce {CF} $, hibridul de carbon orbitalul este îndreptat spre fluorul electronegativ. Regula lui Bent sugerează că acest orbital hibrid de carbon va fi mai bogat în caracter p decât am fi suspectat altfel. În loc ca hibridizarea orbitalului carbon hibrid utilizat în această legătură să fie $ \ ce {sp ^ 3} $ va avea tendința de a avea mai mult caracter p și, prin urmare, se va îndrepta spre hibridizarea $ \ ce {sp ^ 4} $.
De ce este asta? orbitalii sunt mai mici în energie decât orbitalii p. Prin urmare, electronii sunt mai stabili (energie mai mică) atunci când se află pe orbitali cu mai mult caracter s. Cei doi electroni din legătura $ \ ce {C-F} $ vor petrece mai mult timp în jurul fluorului electronegativ și mai puțin timp în jurul carbonului. Dacă așa este (și este), de ce „pierdeți” caracterul orbital prețios, cu energie scăzută, într-un orbital hibrid de carbon care nu are o densitate mare de electroni pentru a se stabiliza. În schimb, salvați caracterul respectiv pentru a fi utilizat în orbitali hibrizi de carbon care au o densitate mai mare de electroni în jurul carbonului (cum ar fi obligațiunile $ \ ce {C-H} $). Deci, ca o consecință a regulii lui Bent, ne-am aștepta la mai mult caracter p în orbitalul hibrid carbon utilizat pentru a forma legătura $ \ ce {CF} $ și mai mult caracter s în orbitalele hibrid carbon folosite pentru a forma $ \ ce {CH} $ obligațiuni.
Rezultatul observabil fizic al tuturor acestor aspecte este că ne-am aștepta un unghi $ \ ce {HCH} $ mai mare decât unghiul tetraedric de 109,5 ° (reflectând caracterul mai mult s) și un unghi $ \ ce {HCF} $ puțin mai mic decât 109,5 ° (reflectând mai mult caracter p). În termeni de lungimile obligațiunilor, ne-am aștepta la o scurtare a obligațiunii $ \ ce {CH} $ (mai mult caracter) și la o prelungire a obligațiunii $ \ ce {CF} $ (mai mult caracter p).
Comentarii
- Rețineți că regula Bent ‘ se referă la orbitali hibrizi – o parte a unei legături, nu întreaga legătură. Aș spune, 1) atomul își va hibridiza orbitalii hibrizi pentru a împărți cu înțelepciune caracterul (de ex.pentru a urma regula Bent ‘ s, utilizați mai mult caracter s (stabilizați orbitalii) pe orbitalele cu densitate mai mare de electroni spre deosebire de orbitalele cu densitate mai mică de electroni) și 2) dintre orbitalii hibrizi pentru un atom dat trebuie să însumeze 1.
- (1) Nu există așa ceva ca rehibridizarea, deoarece este un concept matematic care este rezultatul unei anumite situații de legătură. (2) Regula Bent ‘ nu se aplică în mod specific orbitalilor hibrizi, ci combinației liniare a orbitalilor atomici. (Este o diferență minusculă, dar totul definitorie.) (3) Nu este o regulă a priori, cu atât mai mult o observație generalizată.
- @Martin 1) I ” înțelege „, dar este un cuvânt la îndemână. Când o moleculă de apă vibrează și unghiul HOH se schimbă, există o schimbare în distribuția electronilor în jurul oxigenului. Aș spune că oxigenul se hibridizează în timpul vibrației. Pentru mine, ‘ este o modalitate de scurtare a denumirii unei modificări a densității electronilor cu o schimbare consecventă a proprietăților fizice. 2) Am crezut că un orbital hibrid carbon sp3 este o combinație liniară de carbon 2s și 2p AOs. Dacă greșesc ‘, ați putea să elaborați puțin? 3) Sunt de acord, am vrut să spun că a fost o tendință în postarea mea inițială, dar am uitat. Editat și adăugat.
- @AnuragBaundwal Da, lungimea obligațiunii $ \ ce {CF} $ în $ \ ce {CH3F} $ este mai lungă (139 pm) decât cea din $ \ ce {CF4} $ (132 pm). Lungimea obligațiunii $ \ ce {CH} $ în $ \ ce {CH3F} $ (108,7 pm) este puțin mai scurtă decât cea din metan (109,1 pm).
- De ce poate ‘ să fie sp5 …… cum ați decis să fie sp4?
Răspundeți
Ați citit articolul din Wikipedia la regula Bent (în special paragraful Justificare ). Cred că explică lucrurile destul de bine. În exemplu de $ \ ce {H3CF} $ $ \ ce {H} $ este mai electropozitiv decât $ \ ce {C} $ și $ \ ce {F} $ este mai electronegativ decât $ \ ce {C} $. Deci , folosind ipoteza că, ca în $ \ ce {CH4} $, $ \ ce {C} $ atom este $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ hibridizat ca punct de plecare, regula Bent ne spune că $ \ ce {C} $ – orbitali care sunt utilizați pentru a forma obligațiuni între $ \ ce {C} $ și $ \ ce {H} $ nu vor fi „pure” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ orbitali, dar vor conține un $ mai mare caracterul \ mathrm {s} $ în timp ce $ \ ce {C} $ – orbitalul utilizat pentru a forma legătura între $ \ ce {C} $ și $ \ ce {F} $ va conține un $ \ mathrm {p mai mare } $ caracter decât un „pur” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ orbital. În ceea ce privește unghiurile de legătură: consecințele regulii lui Bent pentru unghiurile de legătură sunt, de asemenea, explicate destul de bine în articolul Wikipedia.
Comentarii
- Mai mare Caracterul s pentru legăturile CH deoarece H ‘ nu poate stabiliza densitatea electronilor și caracterul p mai mare pentru legătura CF deoarece fluorul poate stabiliza mai bine electronii?
- @ Disident În esență, da. În loc să direcționeze orbitalele sp ³ echivalente către toți cei patru substituenți, deplasarea caracterului s către legăturile CH va stabiliza aceste legături foarte mult din cauza densității crescute a electronilor în apropierea (mai electronegativ) ) carbon, în timp ce îndepărtarea caracterului s de legătura CF va crește energia cu o cantitate mai mică, deoarece densitatea electronică a legăturii ‘ s este mai localizată pe F mai electronegativ oricum și astfel mai din carbon.
- Cum decidem orientarea orbitalilor – adică unde t hei, sunt direcționați?
- @Dissident Este mai mult despre partenerii care leagă. Când aveți diferiți parteneri de legătură, spuneți electropozitivul A și electronegativul B, pentru un atom central C, atunci legăturile / legăturile orbitale de la C la A vor avea mai multe caracter așteptat și obligațiunile de la C la B vor avea mai puțin s caracter decât se aștepta. Deci, caracterul s se concentrează în legături / orbitali direcționați către substituenți electropozitivi. Acesta este sensul în care cuvântul ” direcționat ” este utilizat în definiție.
- @Dissenter Da, deoarece s orbitali ” pătrund ” mai aproape de nucleu astfel încât electronegativitatea mai mare îi afectează mai puternic decât orbitalii p.