Vrml-модель (108 646 байт).

Гибридные sp-орбитали участвуют в образовании двух -связей. Две р-орбитали не гибридизованы и расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях:

p-Орбитали образуют в соединениях две -связи. Для элементов 2-го периода sp-гибридизация происходит по схеме:

2s + 2p_x= 2 (2sp) 2p_y- и 2p_z-АО не изменяются.

Схема sp-гибридизации

Для простоты изображения пространственного строения sp-атома обычно рисуют р-орбитали в форме электронных облаков, а гибридные орбитали изображают прямыми линиями:

Например, sp-атом углерода. Строение молекул с sp-атомами отражают их модели:

 sp-Гибридизованное состояние свойственно атому, если сумма числа связанных с ним атомов и числа его неподеленных электронных пар равна 2 (примеры, 8 132 байт).

Углерод в sp-гибридном состоянии присутствует:

• в соединениях с тройной связью

• в соединениях типа R₂C=C=CR₂;

• в простом веществе - карбине (10 928 байт), cтроение которого представляют формулами:

4.3.4. Энергия гибридных атомных орбиталей

Энергия орбитали возрастает по мере удаления электрона от ядра атома (т.е. с увеличением номера электронного уровня). Кроме того, в пределах одного уровня s-электроны находятся ближе к ядру, чем р-электроны. Поэтому для разного типа гибридных АО энергия уменьшается с увеличением вклада s-АО в гибридизованное состояние:

sp³ (25% s-АО) > sp² (33,3% s-АО) > sp (50% s-АО)

Сравнение энергии негибридных и гибридных АО на примере элементов 2-го периода приводит к следующему ряду:

1s < 2s < 2sp < 2sp² < 2sp³ < 2p_x = 2p_y = 2p_z

Ниже показаны относительные уровни энергии атомных орбиталей и распределение на них электронов для атома углерода в основном и гибридизованных состояниях:

4.4. Моделирование атомных и молекулярных орбиталей с использованием прикладных программ

Прикладные программы (ПП), входящие в состав данного комплекса, предназначены для автоматизации расчетов атомных и молекулярных двухцентровых орбиталей и могут использоваться при изучении строения атома и природы химической связи с позиций квантовой химии.

ПП позволяют представить основные выводы квантово-механической теории в виде доступных для понимания графических образов, а учебные исследования количественных закономерностей в периодичности электронного строения атомов и двухатомных связей способствуют более глубокому усвоению теории строения органических соединений.

Программа, предназначенная для моделирования атомных орбиталей (АО), производит расчеты и построения:

• атомных (в том числе гибридных) орбиталей в виде контуров электронной плотности;

• набора гибридных орбиталей атома в различных состояниях: sp³ (четыре АО), sp² (три АО) или sp (две АО) с учетом их пространственной ориентации;

• значений эффективного заряда атома.

Программа, предназначенная для моделирования молекулярных орбиталей (МО), выполняет расчет и построение:

• молекулярных орбиталей (связывающих и разрыхляющих);

• значений интегралов перекрывания;

• зарядов связываемых атомов.

 Атомные орбитали Программа рассчитывает относительную электронную плотность

 ²/ _max²  

как функцию точки в плоскости x-y и строит электронное облако атомной орбитали, используя фиолетовый цвет, если  >0, и зеленый - при  <0 (рис.4.4.1). Порядок работы с ПП (DOS-версия):

• Выберите тип АО, используя клавиши-стрелки. При выборе пункта sp(1), sp2(1) или sp3(1) строится одна гибридная АО. Если выбрать пункты sp(2), sp2(3) или sp3(4), то производится расчет пространственной ориентации соответствующего набора гибридных АО

• Введите с клавиатуры атомный номер элемента в Периодической системе элементов (21 814 байт).

• Конец работы с ПП - нажатие клавиши < Esc >.

Фрагмент работы прикладной программы: результат расчета 2p_x-АО углерода.

Аналогичные и некоторые дополнительные расчеты выполняются в программе для Windows:

 Молекулярные орбитали Программа рассчитывает и строит молекулярные орбитали, образуемые двумя АО.

• Выберите (с помощью клавиш-стрелок) АО первого атома, затем АО второго атома.

• Введите порядковые номера атомов и межъядерное расстояние (длину связи) в ангстремах (1 ангстрем=10 нм); значения длин связей даны в таблице:

• Выберите тип МО: СМО (связывающая) или РМО (разрыхляющая).

• Выход из ПП - < Esc >.

Между прочим, Вы можете смоделировать процесс гибридизации, если введете разные типы АО для одного атома, (т.е. один и тот же порядковый номер атома) и межъядерное расстояние = 0.

Например, АО первого атома - 2s; АО второго атома - 2р_x; атомный номер первого атома - 6 (углерод); атомный номер второго атома также - 6; межъядерное расстояние - 0. В результате расчета получаем 2sp-АО углерода.