Diborane har den intressanta egenskapen att ha två 3-centrerade bindningar som var och en hålls samman av endast 2 elektroner (se diagrammet nedan, från Wikipedia ). Dessa är kända som ”bananbindningar.”
Jag antar att det finns någon form av bindningshybridisering som utspelar sig, men geometrin verkar inte som att den liknar allt jag känner till kol som gör. Vilken typ av hybridisering är det och varför Ser vi inte många (några?) andra molekyler med denna bindningsstruktur?
Svar
Titta noga, det är (förvrängd) tetraedral – fyra grupper i nästan symmetriskt läge i 3D-utrymme {*}. Så hybridiseringen är $ sp ^ 3 $.
Som du kan se är formen förvrängd men den är tetrahedral. Tekniskt sett kan bananbindningarna sägas bestå av orbitaler som liknar $ sp ^ 3 $ men inte exakt (som två $ sp ^ {3.1} $ och två $ sp ^ {2.9} $ orbitaler – eftersom hybridisering bara är förutom vågfunktioner kan vi alltid ändra koefficienterna för att ge rätt geometri). Jag är dock inte så säker på det.
$ \ ce {B} $ har ett valensskal på $ 2s ^ 22p ^ 1 $, så tre kovalenta bindningar ger det en ofullständig oktett. $ \ Ce { BH3} $ har en tom $ 2p $ -bana. Denna bana överlappar det befintliga $ \ ce {BH} $ $ \ sigma $ obligationsmolnet (i ett närliggande $ \ ce {BH3} $) och bildar en 3c2e-obligation.
Det verkar som om det finns mycket fler föreningar med 3c2e-geometri . Jag glömde helt att det fanns hela homologa serier ”under” boraner ” som alla har 3c2e-bindningar (men inte samma struktur)
Och det finns indium- och galliumföreningar också. Fortfarande grupp IIIA, även om det här är metaller. Jag antar att de, som $ \ ce {Al} $, bildar fortfarande kovalenta obligationer.
Så den grundläggande orsaken till detta händer beror på att en ofullständig oktett vill fylla sig själv.
Observera att ”banan” inte nödvändigtvis endast är för 3c2e obligationer. Alla bent bond är kallas en ”banan” -bindning.
När det gäller liknande strukturer kommer $ \ ce {BeCl2} $ och $ \ ce {AlCl3} $ att tänka på, men båda har strukturen via dativ (koordinat) obligationer . Dessutom är $ \ ce {BeCl2} $ plan.
Smyger av och kontrollerar Wikipedia. Wikipedia säger $ \ ce {Al2 (CH3) 6} $ är lika i struktur och obligationstyp.
Jag antar vi har mindre sådana föreningar eftersom det finns relativt få element ($ \ ce {B} $ grupp ganska mycket) med $ \ leq3 $ valenselektroner som bildar kovalenta bindningar (kriterier för den tomma orbitalen). Dessutom är $ \ ce {Al} $ ett säkert fall – det gillar både kovalenta och jonbindningar. För denna geometri (antingen av bananbindningar eller dativa obligationer) antar jag att de relativa storheterna också spelar roll – eftersom $ \ ce {BCl3} $ är en monomer även om $ \ ce {Cl} $ har ett ensamt par och kan bilda en dativbindning.
* Du kanske är van vid utsikten över tetraedral struktur med en atom högst upp? Luta boratomen mentalt tills ett väte är uppe. Du borde inser att detta också är tetraeder.
Kommentarer
- Jag ser hur det skulle kunna ha en tetraeder form, men det verkar som om det inte skulle ' t på grund av påfrestningen.
- @jonsca: Förvrängd tetraeder. Ja, man kan säga att hybridiseringen inte är ' t exakt $ sp ^ 3 $ (redigera kommande)
- För den delen: ett stort antal av de föreningar som bildas av borgruppselementen visar 3c2e-bindningar … Bortsett från massorna av bor (boranerna visar redan en rik mångfald!) Och aluminiumföreningar finns det gallium- och indiumföreningar som visa 3c2e-obligationer; t.ex. i här , här , här , här och här . Jag ' är säker på att det finns fler …
- Man bör vara noga med att prata om hybridisering. Det kan användas som ett koncept som förklarar en viss bindningssituation som härrör från en viss geometrisk sammansättning av en molekyl. De flesta kovalenta bundna molekyler har också mer centrala bindningar.
- AFAIK, bananbindningar sker i hydrider av metallkarbonyler och i metallkarbonyler själva. De åtföljs dock av direkt sigma-bond.
Svar
Här är en plot av kvantteorin of Atoms in Molecules svar på din fråga. Jag har visat obligationsvägarna för $ \ ce {B2H6} $. De är faktiskt ”bananliknande” men intressant är de krökta inåt, till skillnad från fallet med cyklopropan som är krökt utåt.
(Hybridisering existerar inte.Jag är inte säker på om det är en mening att tillskriva ”antal elektroner” – som om de är alikvoter – till någon bindningsinteraktion.)
Observera också att jag har ritat bindningsvägarna mellan B ”och de fyra liknande vätena som fasta (kovalenta), och uppsättningen bindningsvägar längs” bron ”som punkterade (inte kovalenta). Detta beror på att lapplacianernas tecken på elektrontätheten vid deras respektive kritiska punkter (gula sfärer) är motsatta.
Kommentarer
- Med bindningsvägar antar jag att du menar en kurva med maximal elektrondensitet mellan atomer?
- Tekniskt sett den brantaste stigningen väg genom elektrondensiteten som förbinder de två atomerna.
- Kan du lägga till teoretisk nivå, tack. Jag är inte säker på vilken annan typ av bindning det kan finnas mellan bor och väte, absolut inte jonisk.
- @Martin Jag kan ' inte minnas vilken nivå av teorin är troligtvis B3LYP / 6-31G *
- Hydribization ' existerar inte ' kan vara sant, men det finns inte heller. Konceptet är användbart för förklaringar, så det här svaret kan förbättras avsevärt genom att ta itu med varför synen på hybridisering leder till ett svar som skiljer sig från den fysiska kemin i situationen.