Investește în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operațional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013 Axa prioritară nr. 1 Educația și formarea profesională în sprijinul creșterii economice și dezvoltării societății bazate pe cunoaștere Domeniul major de intervenție 1.2 Calitate în învățământul superior Numărul de identificare al contractului:posdru/156/1.2/g/138821 Beneficiar:Universitatea POLITEHNICA din București Titlul proiectului: Calitate, inovare, comunicare -instrumente eficiente utilizate pentru creșterea accesului și promovabilității în învățământul superior tehnic Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenților în vederea asigurării de șanse egale MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE Curs: 12, Hibridizare, partea II Grupele: C2, C3, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 Formatori: 1 OpreaOvidiuCristian, Tomas Ștefan Theodor, Sava Daniel Florin, Neacșu IonelaAndreea
Dacă una dintre axe este ocupată de orbitalul p nehibridizat, rămâne ca ceilalţi trei orbitali, de energie egală, să ocupe planul format de celelalte două axe. Acesta observaţie precum şi aceea că energia minimă a sistemului se atinge atunci când orbitalii de energie egală sunt distribuiţi cât mai simetric în spaţiu conduce la faptul că cei trei orbitali hibrizi sunt situaţi în acelaşi plan, cu unghiuri de 120 o între ei şi formând un unghi de 90 o cu orbitalul p nehibridizat. Aceasta conduce la concluzia că poate exista un nou tip de hibridizare care implică un orbital s şi doi orbitali p. Este hibridizarea sp 2. 2POSDRU/156/1.2/G/138821
Hibridizarea sp 2 este redată în figura 1. E E p hibridizare p sp 2 s Figura 1. Hibridizarea sp 2 a atomului de carbon 3POSDRU/156/1.2/G/138821
Geometria planară în cazul hibridizării sp 2 este redată în figura 2, de mai jos z z y x z y x x 4POSDRU/156/1.2/G/138821 y Figura 2. Geometria obitalilor hibrizi sp 2 ai atomului de carbon
Această geometrie atomică face ca doi atomi hibridizaţi sp 2 să fie legaţi între ei cu două tipuri diferite de legături covalente. Cele de tip σ sunt formate de orbitalii hibrizi prin întrepătrundere frontală; cel de al doilea tip de legături covalente se formează prin întrpătrundere laterală a orbitalilor p nehibridizaţi şi sunt denumite legături π. Legăturile π conferă rigiditate legăturii, iar planul format de legătura π este perpendicular pe cel format de cele legături σ. 5
Geometria specifică a legăturii formate între doi atomi hibridizați sp 2 vezi figura 3 - conduce la o serie de proprietăți specifice ale compușilor ce conțin astfel de atomi, cea mai importantă fiind aparișia unui nou tip de izomerie, izomeria geometrică. 6 Figura 3. Geometria legăturii duble
Dacă două dintre axe sunt ocupate de orbitali p nehibridizaţi, rămâne ca ceilalţi doi orbitali, hibridizaţi, deci de energie egală, să ocupe axa rămasă liberă. Ştiind că energia minimă a sistemului se atinge atunci când orbitalii de energie egală sunt distribuiţi cât mai simetric în spaţiu disponibil este de intuit că cei doi orbitali hibrizi sunt situaţi în lungul aceleiaşi axe (colineari), cu unghiuri de 180 o între ei. Cei doi orbitali nehibridizaţi formează între ei un unghi de 90 o. Acest tip de hibridizare se numeşte, după orbitalii atomici implicaţi, hibridizare sp. 7
Energetic hibridizarea sp este prezentată în figura de mai jos (figura 4). Se formează orbitali hibrizi, iar doi orbitali p rămân nehibridizați. E p s hibridizare E p sp Figura 4. Hibridizarea sp 8
Doi atomi hibridizaţi sp vor fi legaţi între ei prin trei legături covalente dintre care una este o legătură σ, iar celelalte două sunt legături π (figura 5). Figura 5. Geometria unei legături triple 9
RECAPITULARE Hibridizarea 1. În molecule de tipul CH 4 nu există diferenţe între cele patru legături C-H. In conformitate cu regulile de ocupare cu electroni ele provin de la cei 4 orbitali ai stratului de valenţă: de la orbitalul 2s şi respectiv orbitalii 2p, mai bogaţi în energie. Pentru ca cele 2 informaţii să fie simultan corecte este necesar ca cei patru orbitali să se contopească în orbitali hibrizi sp 3. Există astfel 4 orbitali de energie egală, fiecare ocupat cu câte un electron. 2. Geometria orbitalului hibrid respectă atât geometria orbitalului s cât şi pe cea a orbitalilor p. Conţine ca şi orbitalul p doi lobi, dar eceştia nu sunt egali, unul dintre ei fiind mai mare, în conformitate cu geometria orbitalului s. 3. Cei patru orbitali hibrizi sp 3 sunt orientaţi spre vârfurile unui tetraedru regulat. Ei adoptă cea mai simetrică geometrie posibilă, astfel încât energia sistemului să fie minimă. 4. Cei patru orbitali hibrizi sp 3 pot forma cu alţi orbitali atomici hibrizi sau nu - legături σ prin întrepătrundere frontală. Lungimea unei legături σ C-C este de 1,39Å. 10
RECAPITULARE Hibridizarea 5. Cei patru orbitali de pe stratul 2 al atomului de carbon pot prezenta şi alte tipuri de hibridizare, în funcţie de numărul de orbitali atomici care participă la hibridizare. 6. Prin contopirea orbitalului s cu doi dintre orbitalii p se formează 3 orbitali hibrizi sp 2. 7. Cei trei orbitali hibrizi sp 2 sunt coplanari şi pot forma trei legături σ cu alţi atomi. Legăturile σ vor fi la rândul lor coplanare, cu unghiuri de 120 o între ele. Perpendicular pe acest plan se află orbitalul p nehibridizat. 8. Orbitalii p nehibridizaţi din atomi hibridizaţi sp 2, pot forma, prin întrepătrundere laterală, un nou tip de legătură, legătura π. Planul legăturii π va fi perpendicular pe planul legăturilor σ. Dacă legătura σ permite rotaţia liberă în jurul axei, planul legăturii π este rigid şi nu permite rotaţia liberă; o consecinţă a acestui fapt este posibilitatea apariţiei izomeriei cis trans în molecule ce conţin duble legături. 9. Lungimea legăturii C=C este de 1,31Å, mai mică decât legătura C-C, în concordanţă cu contribuţia mai ridicată a orbitalului s la formarea orbitalului hibrid sp 2. 11
RECAPITULARE 10. Existenţa unei legături C C se explică prin hibridizarea sp a celor doi atomi de carbon. Cei doi orbitali hibrizi sp, proveniţi de la orbitalul s şi unul dintre orbitalii p, sunt coliniari, iar cei doi orbitali p de la fiecare atom de carbon pot forma, prin întrepătrundere laterală, două legături π perpendiculare între ele. 11. Lungimea legăturii C C este de 1,21Å, în conformitate cu proporţia mai ridicată de orbital s care contribuie la orbitalul hibrid sp. 12