Jag är alla böjda ur form och försöker lista ut vad Bent regel betyder. Jag har flera formuleringar av den, och den vanligaste formuleringen är också den svåraste att förstå.
Atomic s karaktär koncentreras i orbitaler riktade mot elektropositiva substituenter
Varför skulle detta är sant? Tänk på $ \ ce {H3CF} $.
Både kol och fluor är ungefär $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiserade. Med tanke på att kol är mer elektropositivt än fluor, ska jag dra slutsatsen att eftersom kol är mer elektropositivt än fluor, finns det en hel del s-karaktär i $ \ ce {CF} $ -bindningen och det mesta av detta karaktär är runt kol?
Eller är detta ett missförstånd av ”orbitaler riktade mot elektropositiva substituenter”? Fluoren är $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiserad och dessa orbitaler ”riktas” mot kolet genom att den stora loben i hybridbanan pekar mot kolet. Så koncentrerar sig elektrontätheten nära fluor? Eftersom det skulle vara vettigare.
Och denna s-karaktär koncentrerad mot fluor har effekten av vad på bindningsvinkeln? Jag förstår att ju mer s-karaktär en obligation har, desto större är obligationsvinkeln – överväg $ \ ce {sp} $ vs $ \ ce {sp ^ 2} $. Men eftersom $ \ ce {C-F} $ -obligationen nu har mindre s-karaktär kring kolet, kan $ \ ce {H-C-F} $ -bindningsvinkeln krympa, eller hur?
Kommentarer
- Fluor hybridiseras definitivt inte. Vanligtvis använder ingen av terminalatomerna denna hybridisering, de hybridiseras vanligtvis alltid.
- För att utarbeta Martin ' s punkt: Geometri driver hybridisering. Hybridisering driver inte geometri.
- @MartinSo i CF4 / CH4 kommer hybridiseringen av terminalatom att vara så?
Svar
Det är ett bra, koncist uttalande av Bents regel. Naturligtvis kunde vi ha lika rätt sagt att p-karaktären tenderar att koncentrera sig i orbitaler riktade mot elektronegativa element. Vi kommer att använda den senare formuleringen när vi undersöker metylfluorid nedan. Men först, låt oss utvidga definitionen lite så att den är tydlig för alla.
Bents regel talar om hybridisering av den centrala atomen ($ \ ce {A} $) i molekylen $ \ ce {XAY} $.
$ \ ce {A} $ ger hybridiserade atomorbitaler som bildar $ \ ce {A} $ är en del av obligationslånet till $ \ ce {X} $ och till $ \ ce {Y} $. Bents regel säger att när vi ändrar elektronegativiteten för $ \ ce {X} $ och \ eller $ \ ce {Y} $, kommer $ \ ce {A} $ att tendera att hybridisera sina orbitaler så att mer s karaktär placeras i dessa orbitaler riktade mot den mer elektropositiva substituenten.
Låt oss undersöka hur Bents regel kan tillämpas på ditt exempel på metylfluorid. I $ \ ce {CF} $ -bindningen är kolhybriden orbital riktas mot den elektronegativa fluor. Böjda regeln antyder att denna kolhybridbana kommer att vara rikare på p-karaktär än vad vi annars skulle ha misstänkt. Istället för att den kolhybridbana som används i denna obligation är $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiserad kommer den att ha mer p-karaktär och därför gå mot $ \ ce {sp ^ 4} $ hybridisering.
Varför är detta? s orbitaler har lägre energi än p-orbitaler. Därför är elektroner mer stabila (lägre energi) när de befinner sig i orbitaler med mer s karaktär. De två elektronerna i $ \ ce {C-F} $ -bindningen spenderar mer tid runt den elektronegativa fluor och mindre tid kring kol. Om så är fallet (och så är det), varför ”slösa” värdefull, lågenergisk, orbital karaktär i en kolhybridbana som inte har mycket elektrontäthet att stabilisera. Spara istället karaktären för användning i kolhybridorbitaler som har mer elektrontäthet runt kol (som $ \ ce {C-H} $ -bindningarna). Så som en konsekvens av Bents regel, skulle vi förvänta oss mer p-karaktär i kolhybridbanan som användes för att bilda $ \ ce {CF} $ -bindningen, och mer s-karaktär i kolhybridorbitalerna som användes för att bilda $ \ ce {CH} $ -obligationer.
Det fysiskt observerbara resultatet av allt detta är att vi förväntar oss en $ \ ce {HCH} $ vinkel större än den tetraedriska vinkeln på 109,5 ° (reflekterande av mer s karaktär) och en $ \ ce {HCF} $ vinkel något mindre än 109,5 ° (reflekterande av mer p karaktär). obligationslängder, vi förväntar oss en förkortning av $ \ ce {CH} $ -obligationen (mer s karaktär) och en förlängning av $ \ ce {CF} $ -obligationen (mer p-karaktär).
Kommentarer
- Tänk på att Bent ' regel talar om hybridorbitaler – en del av ett band, inte hela bandet. Jag skulle säga, 1) atomen kommer att hybridisera sina hybridorbitaler igen för att partitionera karaktären klokt (t.ex.för att följa Bent ' s regel, använd mer s karaktär (stabilisera orbitaler) i orbitaler med mer elektrontäthet i motsats till orbitaler med mindre elektrontäthet) och 2) s karaktärinnehåll av hybridorbitalerna för en given atom måste uppgå till 1.
- (1) Det finns inget sådant som rehybridisering, eftersom det är ett matematiskt begrepp som är ett resultat av en viss bindningssituation. (2) Böjd ' regel gäller inte specifikt för hybridorbitaler utan för den linjära kombinationen av atomorbitaler. (Det är en liten men helt avgörande skillnad.) (3) Det är inte en regel a priori, mycket mer en generaliserad observation.
- @Martin 1) I " förstår ", men det är ett praktiskt ord. När en vattenmolekyl vibrerar och HOH-vinkeln förändras sker en förändring i elektronfördelningen runt syre. Jag skulle säga att syret återhybridiseras under vibrationen. För mig är det ' ett kortfattat sätt att beteckna en förändring i elektrontäthet med en därmed ändrad fysikalisk egenskap. 2) Jag trodde att en kol-sp3-hybridbana var en linjär kombination av kol 2 och 2p AO. Om jag ' har fel kan du utarbeta lite? 3) Jag håller med, jag menade att det var en tendens i mitt ursprungliga inlägg, men glömde bort det. Redigerade och lade till.
- @AnuragBaundwal Ja, $ \ ce {CF} $ obligationslängden i $ \ ce {CH3F} $ är längre (139 pm) än den i $ \ ce {CF4} $ (132 pm). Obligationslängden $ \ ce {CH} $ i $ \ ce {CH3F} $ (108,7 pm) är något kortare än i metan (109,1 pm).
- Varför kan ' t det ska vara sp5 …… hur bestämde du dig för att det skulle vara sp4?
Svar
Har du läst Wikipedia-artikeln till Bents regel (särskilt Motivering -avsnittet). Jag tror att det förklarar sakerna ganska bra. exempel på $ \ ce {H3CF} $ $ \ ce {H} $ är mer elektropositivt än $ \ ce {C} $ och $ \ ce {F} $ är mer elektronegativ än $ \ ce {C} $. Så , med antagandet att som i $ \ ce {CH4} $ är $ \ ce {C} $ -atomen $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ hybridiserad som utgångspunkt, säger Bents regel att $ \ ce {C} $ – orbitaler som används för att bilda obligationer mellan $ \ ce {C} $ och $ \ ce {H} $ kommer inte att vara ”rena” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ orbitaler men innehåller högre $ \ mathrm {s} $ karaktär medan $ \ ce {C} $ – orbital som används för att bilda bindningen mellan $ \ ce {C} $ och $ \ ce {F} $ kommer att innehålla en högre $ \ mathrm {p } $ -tecken än en ”ren” $ \ mathrm {sp} ^ 3 $ -bana. När det gäller bindningsvinklar: konsekvenserna av Bents regel för bindningsvinklarna förklaras också ganska bra i Wikipedia-artikeln.
Kommentarer
- Högre s karaktär för CH-bindningarna eftersom H ' s inte kan stabilisera elektrontätheten och högre p-karaktär för CF-bindningen eftersom fluor bättre kan stabilisera elektroner?
- @ Dissenter I huvudsak ja. I stället för att rikta ekvivalenta sp ³ orbitaler mot alla fyra substituenterna, kommer att flytta s karaktär mot CH-bindningarna stabilisera dessa bindningar kraftigt på grund av den ökade elektrondensiteten nära kol, medan skiftande av s karaktär bort från CF-bindningen kommer att öka sin energi med en mindre mängd eftersom den bindningen ' s elektrontäthet är mer lokaliserad på den mer elektronegativa F ändå från kolet.
- Hur bestämmer vi orbitalernas orientering – dvs. där t hej riktas?
- @Dissenter Det handlar mer om bindningspartnerna. När du har olika bindningspartners, säg elektropositiv A och elektronegativ B, för en central atom C, då kommer bindningarna / bindningsorbitalerna från C till A att ha mer s karaktär än förväntas och obligationerna från C till B kommer att ha mindre s karaktär än förväntat. Så, s karaktär koncentreras i bindningar / orbitaler riktade mot elektropositiva substituenter. Det är i den meningen ordet " riktat " används i definitionen.
- @Dissenter Ja, eftersom s orbitaler " tränger igenom " närmare kärnan så att den högre elektronegativiteten påverkar dem starkare än p-orbitaler.