Номер 1, страница 43, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Что такое гибридизация атомных орбиталей?

1. Решение

Гибридизация атомных орбиталей — это теоретическая концепция в химии, которая описывает процесс смешения атомных орбиталей одного атома, имеющих близкие значения энергии, но разную форму (например, s- и p-орбиталей). В результате этого смешения образуются новые, гибридные орбитали, которые одинаковы по форме и энергии. Эта модель была предложена для объяснения геометрии молекул и валентных углов, которые наблюдаются экспериментально, но не могут быть объяснены с помощью "чистых" атомных орбиталей.

Основные положения теории гибридизации: 1) количество образующихся гибридных орбиталей равно количеству исходных атомных орбиталей; 2) все гибридные орбитали одного набора эквивалентны по энергии и форме; 3) гибридные орбитали более вытянуты в пространстве, что обеспечивает более эффективное перекрывание с орбиталями других атомов и образование более прочных связей; 4) оси гибридных орбиталей располагаются в пространстве так, чтобы минимизировать взаимное отталкивание, что определяет геометрию молекулы.

Существуют различные типы гибридизации, зависящие от того, какие и сколько орбиталей участвуют в процессе.

sp³-гибридизация. Возникает при смешении одной s- и трех p-орбиталей. Образуются четыре равноценные sp³-гибридные орбитали. Они направлены к вершинам тетраэдра, и угол между их осями составляет $109.5^{\circ}$. Такой тип гибридизации характерен для атома углерода в метане ($CH_4$) и других алканах. Каждая из четырех sp³-орбиталей углерода перекрывается с 1s-орбиталью атома водорода, образуя четыре одинаковые сигма-связи (σ-связи).

sp²-гибридизация. Происходит при смешении одной s- и двух p-орбиталей. В результате образуются три равноценные sp²-гибридные орбитали, которые лежат в одной плоскости под углом $120^{\circ}$ друг к другу. Одна p-орбиталь остается негибридизованной и располагается перпендикулярно плоскости гибридных орбиталей. Этот тип гибридизации характерен для атомов углерода в этилене ($C_2H_4$) и других алкенах. Три sp²-орбитали образуют σ-связи, а негибридизованная p-орбиталь участвует в образовании пи-связи (π-связи).

sp-гибридизация. Результат смешения одной s- и одной p-орбитали. Образуются две равноценные sp-гибридные орбитали, направленные в противоположные стороны под углом $180^{\circ}$ (линейная геометрия). Две p-орбитали остаются негибридизованными и взаимно перпендикулярны. Этот тип гибридизации встречается у атомов углерода в ацетилене ($C_2H_2$) и других алкинах. Две sp-орбитали образуют σ-связи, а две негибридизованные p-орбитали — две π-связи, формируя тройную связь.

Гибридизация является удобной моделью, которая, хотя и является математическим упрощением, позволяет успешно предсказывать и объяснять структуру и свойства огромного числа химических соединений.

Ответ: Гибридизация атомных орбиталей — это гипотетический процесс смешения и выравнивания по форме и энергии различных атомных орбиталей (например, s, p, d) центрального атома в молекуле, в результате чего образуется такое же число новых, гибридных орбиталей, которые эквивалентны по своим характеристикам. Эта концепция используется для объяснения реальной геометрии молекул и равенства длин и энергий связей, которые невозможно объяснить с помощью негибридизованных орбиталей.