Вопрос, страница 43 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 5. Химическая связь. Виды химической связи. Глава 2. Строение вещества. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - страница 43.

Условие.

Что называют гибридизацией атомных орбиталей?

Решение.

Решение 2.

Гибридизация атомных орбиталей — это модель, описывающая процесс смешения и последующего выравнивания по форме и энергии различных атомных орбиталей (например, $s$-, $p$-, $d$-орбиталей) одного атома при образовании химических связей. В результате этого процесса образуются новые, одинаковые по свойствам гибридные орбитали, которые пространственно ориентированы так, чтобы обеспечить максимально эффективное перекрывание с орбиталями других атомов.

Концепция гибридизации необходима для объяснения реальной геометрии молекул и валентных углов между связями, которые часто не соответствуют форме и расположению "чистых" атомных орбиталей. Например, в атоме углерода на внешнем уровне есть одна сферическая $s$-орбиталь и три гантелеобразные $p$-орбитали, расположенные под углом $90^\circ$ друг к другу. Однако в молекуле метана ($CH_4$) все четыре связи $C-H$ являются равноценными, а валентные углы между ними составляют $109.5^\circ$. Это объясняется тем, что одна $s$- и три $p$-орбитали атома углерода смешиваются, образуя четыре одинаковые $sp^3$-гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра. Образование гибридных орбиталей энергетически выгодно, так как они позволяют сформировать более прочные химические связи.

Существует несколько основных типов гибридизации:

$sp^3$-гибридизация. Возникает при смешении одной $s$-орбитали и трех $p$-орбиталей. Образуются четыре равноценные $sp^3$-гибридные орбитали, ориентированные к вершинам тетраэдра. Угол между осями этих орбиталей составляет $109.5^\circ$. Такой тип гибридизации характерен для атомов углерода в алканах (например, в метане $CH_4$), а также для атома кислорода в воде ($H_2O$) и атома азота в аммиаке ($NH_3$). Все образуемые связи являются одинарными ($\sigma$-связями).

$sp^2$-гибридизация. Происходит при смешении одной $s$-орбитали и двух $p$-орбиталей. В результате образуются три равноценные $sp^2$-гибридные орбитали, которые лежат в одной плоскости под углом $120^\circ$ друг к другу. Одна $p$-орбиталь остается негибридизованной и располагается перпендикулярно этой плоскости. Она используется для образования $\pi$-связи. Такой тип гибридизации реализуется в молекулах с двойными связями, например, в этилене ($C_2H_4$) или бензоле ($C_6H_6$). Геометрия молекулы в районе такого атома — плоская, треугольная.

$sp$-гибридизация. Является результатом смешения одной $s$- и одной $p$-орбитали. Образуются две равноценные $sp$-гибридные орбитали, расположенные на одной линии под углом $180^\circ$ друг к другу. Две $p$-орбитали остаются негибридизованными и участвуют в образовании двух $\pi$-связей. Этот тип гибридизации характерен для атомов в молекулах с тройными связями, например, в ацетилене ($C_2H_2$). Геометрия молекулы — линейная.

Ответ: Гибридизацией атомных орбиталей называют гипотетический процесс смешения атомных орбиталей разного типа (например, $s$ и $p$) центрального атома в молекуле, в результате которого образуются новые, одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали. Эта концепция позволяет объяснить реальную пространственную структуру молекул и прочность образующихся химических связей.