Хімія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

4.4. Гібридизація електронних орбіталей

Утворення молекул з ковалентним полярним зв’язком у багатьох атомів супроводжується характерним явищем, яке називають гібридизацією електронних орбіталей — перетворенням електронних орбіталей різного виду (s, р)¹ на однакові за формою та енергією гібридні орбіталі.

¹ Гібридизація характерна і для d-елементів (у загальноосвітній школі не розглядають). Найважливішою є sp³d²-гібридизація, коли шість рівноцінних гібридизованих орбіталей спрямовані до вершин октаедра.

Залежно від того, скільки гібридизованих орбіталей бере участь у зв’язку, форма молекули може дещо відрізнятись від правильної тетраедричної форми. Так, валентний кут зв’язків Н-О-Н у молекулі води становить 104,5° (залишається дві неподілені пари електронів), а зв’язку H-N-H в молекулі амоніаку — 107,3° (залишається одна неподілена пара електронів). Унаслідок такої взаємодії електронних орбіталей зміщується (відносно центру молекули) і центр негативного електричного заряду. Таким чином полярність молекули (крім електронегативності елементів, що утворюють зв’язок) залежить і від наявності неподілених електронних пар.

** Негібридизовані p-орбіталі на рисунку не вказані.

У стані збудження перебуває атом Карбону в органічних сполуках (sp, sp² і sp³-гібридизація), атом Оксигену — під час утворення молекули води (sp³-гібридизація) та інших молекул, Нітрогену — під час утворення молекули амоніаку (sp³-гібридизація), Берилію — під час утворення молекули берилій флуориду (sp-гібридизація), Бору — під час утворення молекули бор флуориду (sp²-гібридизація) тощо.

Стан збудження атома, який передує гібридизації, потребує затрат енергії, які компенсуються повнішим перекриванням електронних хмар і утворенням міцнішого зв’язку. Отже, загальна енергія системи зменшується.

Кількість утворених орбіталей відповідає кількості орбіталей, які перетворювались (змішувались).

Згідно з теорією відштовхування електронних пар, електронні орбіталі зовнішньої оболонки атома відштовхуються одна від одної та розміщуються так, щоби зменшити це відштовхування. Отже, кути осей електронних орбіталей (і звичайних, і гібридизованих) та відповідно геометрія молекул — це наслідок взаємодії електростатичних сил.

Якщо між двома атомами утворюється лише одна спільна ковалентна пара, то такий ковалентний зв’язок називають одинарним (простим). Одинарні зв’язки завжди є сигма-зв’язками.