c2 Leg Cimica Hibridizare

Teoria legturii chimice a evoluat paralel cu dezvoltarea chimiei: J.J. Berzelius a pus bazele legturii ionice, A.M. Butlerov (1861) introduce, pentru prima dat, noiunile de structur chimic i formul structural; n 1874, J.H. vant Hoff postuleaz orientarea tetraedric a covalenelor carbonului. Teoria legturii covalente a fost expus mult mai trziu, la nceputul secolului XX, de G.N.Lewis (1916) i Langmuir (1919). Ulterior, prin introducerea mecanicii cuantice de ctre Schrdinger (1926) evolueaz i teoria legturii chimiceL. Pauling introduce n 1931 noiunea de hibridizare pentru atomul de carbon.

Tratarea matematic a legturii chimice s-a fcut pe dou ci: metoda legturilor de valen (MLV) i metoda orbitalilor moleculari (MOM)

CHIMIE ORGANICA - an II - PI - Daniela ISTRATI

In compuii chimici legturile se clasific n funcie de energiile de legtur n: legturi chimice, avnd energii de legtur de 90-200 Kcal/mol, (aa cum se afl n legtura ionic, legtura covalent, coordinativ i legtura metalic) legturi fizico-chimice, cu energii de legtur mici, de 5-10 Kcal/mol (aa cum se afl n legturile de hidrogen, legturile dipol-dipol i legturile van der Waals). Teoria electronic (1916 G,N.Lewis si W.Kossel) - formarea legaturilor intre atomi se datoreaza tendintei elementelor de a ajunge la o configuratie electronica stabila, asemanatoare cu cea a unui gaz inert:- dublet (asemntor heliului, He) - pentru hidrogen- octet ( asemntor Ne, Ar, Kr, etc) pentru toate celelalte elemente

Obinerea unei configuraii stabile se poate face n dou feluri: a) transfer de electroni de la un atom (care devine cation) la altul (care devine anion)Se formeaza o legtura ionic sau electrovalent care se bazeaz pe atracia electrostatic ntre ioni cu semn opus b) punere in comun de electroni pentru ca fiecare atom sa aib o configuraie stabil, formndu-se astfel o legatur covalent


Legtura ionic sau electrovalent formata prin cedare/acceptare de electroni potenialul de ionizare mrime ce caracterizeaz capacitatea elementelor de a ceda electroni este energia necesar pentru extragerea unuia sau a mai multor electroni din atomul aflat n faz gazoas pentru a forma ioni cu sarcin pozitiv. Primul potenial de ionizare este dat de energia necesar pentru extragerea primului electron. electronegativitatea capacitatea unui element de a accepta electroni, n tendina de a forma o conformaie stabil, de gaz rar, pe ultimul strat electronic electropozitivitatea - capacitatea unui element de a ceda electroni n tendina de a forma o conformaie stabil, de gaz rar, pe ultimul strat electronic elementele aflate n stnga sistemului periodic (grupele I-III) sunt elemente electropozitive (care cedeaz electroni) elementele aflate n dreapta sistemului periodic (grupele V-VII) sunt elemente electronegative (cu afinitate pentru electroni).Numrul electronilor cedati / primii de atomi, cu formarea ionilor corespunzatori reprezint valena elementelor respective.


Variatia caracterului electropozitiv / electronegativ n Sistemul Periodic al elementelor


Cele 4 elemente cu electronegativitatea cea mai ridicata sunt: N, O, F, Cl.MIN - FranciulMAX- FluorulVariatia electronegativitatii in Sistemul Periodic conform scalei lui Pauling


Elementele din perioada a II-a:Atomul de hidrogen poate ceda electronul formand un proton H+ (care este foarte reactiv / instabil). Ex1: reacia violent a sodiului metalic (Na) cu clorul gazos (Cl2) cu formarea unei sri stabile, clorura de sodiu (NaCl):Prin cedarea unui electron, sodiul capt configuraie stabil de neon (Ne), iar clorul, prin acceptarea electronului cedat de sodiu, configuraie stabil de argon (Ar). Dup cum se observ, sodiul, prin cedarea unui electron se oxideaz, n timp ce clorul, prin primirea unui electron se reduce. Z = 11

Z = 17Combinaiile ionice sunt stabile termic i solubile n solveni polari, ca de pild apa.


Ex2: Litiul (Z=3: 1s2 2s1) Litiul (electropozitiv) poate ceda fluorului (electronegativ) electronul de pe stratul 2s si se transforma in cation Li+, iar fluorul (are o tendinta puternica de acceptare a unui electron - cel mai care devine anion F-:Litiul va capata astfel configuratie stabila de dublet (He), iar fluorul de octet (Ne). Oxigenul care are 6 electroni in stratul de valenta accepta 2 electroni pentru a forma configuratia electronica stabila de octet. Dar afinitatea oxigenului pentru electroni (mai ales dupa ce a acceptat un electron) este mai mica decat a fluorului.Legaturi ionice se pot forma intre elemente chimice caracterizate de o diferenta mare intre electronegativitati cu respectarea principiului conservarii sarcinii electrice Ex3: Magneziul poate reactiona cu doi atomi de fluor pentru a forma fluorura de magneziu in care magneziul este cation bivalent a carui sarcina este compensata de doi anioni de fluor:


Evaluarea cantitativa a tendintei de acceptare/cedare de electroni se face prin masurarea electronegativitatii/elecropozitivitatii, care se determina prin evaluarea energiei de ionizare (potential de ionizare) a atomilor (in eV): potenialul de ionizare - energia necesar pentru extragerea unuia sau a mai multor electroni din atomul aflat n faz gazoas pentru a forma ioni cu sarcin pozitivEx4: hidrogenul poate dobndi configuraia heliului prin acceptarea unui electron, trecnd n ionul de hidrur, atunci cand da combinatii ionice cu elementele grupelor I-III (ex: hidrura de sodiu, Na+H-) primul potenial de ionizare este dat de energia necesar pentru extragerea (cedarea) primului electron


Legatura covalent formata prin punere in comun de electroni cu obtinerea configuratiei stabile de gaz inert de catre ambii partcipanti la legatura n cazul hidrogenului, tendina pronunat de a forma covalene rezult din structura electronic: cedarea unui electron necesit un consum foarte mare de energie (314 Kcal/mol), iar protonul rezultat are sarcina pozitiv concentrat ntr-un volum foarte mic. Din aceast cauz, n soluii apoase acide, protonul este legat covalent de molecula de ap, formnd ionul de hidroniu, H3O+. Tendina major a hidrogenului este ns de a forma legturi covalente prin punerea n comun a electronului Oxigenul are doua perechi de electroni neparticipante si poate forma doua legaturi covalente (intervine fenomenul de hibridizare), iar azotul trei legaturi covalente avand o pereche de electroni neparticipanti


Legatura coordinativa Teoria electronic definete sub numele de electroni neparticipani, perechile de electroni care se afl la unii din atomii unei molecule, cum ar fi amoniacul i apa: Electronii neparticipani, care nu sunt implicai n legturi covalente, pot lua parte la formarea de legturi covalente cu atomi cu deficit de electroni (protonul i molecule cu octet incomplet) Teoria electronic a lui N.G.Lewis definete noiunile de acid i baz: un acid compus capabil s accepte o pereche de electroni (vezi cazul protonului H+) o baza - compus capabil s doneze o pereche de electroni. Legtura covalent dintre un acid i o baz Lewis se numete legtur coordinativ.


Polaritatea legturii covalente Conform teoriei electronice a valenei, moleculele formate din atomi identici sau grupri de atomi identici, cum ar fi moleculele de hidrogen, fluor sau etan, centrul sarcinilor pozitive se confund cu cel al sarcinilor negative legtura covalent este nepolarizat n moleculele formate din atomi diferii, cei doi electroni ai legturii covalente sunt atrai de atomul mai electronegativ legatura covalenta polarizata centrul sarcinilor pozitive este diferit de cel al sarcinilor negative i molecula este polar, caracterizndu-se printr-un moment de dipol.Momentul electric sau momentul de dipol (dipolmomentul legturii) produsul dintre sarcina (e) i distana (d) dintre centrele de greutate ale sarcinilor: = e x d se exprim n debye (1D= 10-10x10-8= 10-18 u.e.s. cm).Momentul electric molecular reprezint nsumarea vectorial a momentelor electrice ale legturilor din molecul i depinde de factori geometrici.


n molecule simetrice ex: tetraclorura de carbon (CCl4), CO2 = 0d+d-


n moleculele nesimetrice ex: clorura de metil (CH3Cl) = 1.86 D ex1: n cazul moleculei de amoniac (NH3) momentul determinat de electronii neparticipani ai azotului acioneaz n acelai sens cu cel al legturilor N-H = 1.46 D ex2: n cazul moleculei de trifluorur de azot (F3N:), acesta acioneaz n sens contrar cu cel a legturilor N-F = 0.24 D. n moleculele cu electroni neparticipani, momentul atomului central se poate aduga sau scdea din momentele de legtur.


Polaritatea legturilor covalente n moleculele organice este dovedit i pe baza reaciilor chimice n cazul reaciei de hidroliz, atomii cu polaritate pozitiv vor fixa grupa hidroxil, iar cei cu polaritate negativ, protonul. ex: reaciile de hidroliz ale clorurii de metil (4) i a compusului metil-litiu (5)


Reactivitatea atomului de carbon se explic prin cei 4 electroni de valen dispui pe patru orbitali atomici: unul 2s i trei 2p ( 2px, 2py, 2pz ).

Iniial, orbitalul 2s este ocupat cu 2 electroni.

Prin promovarea unui electron din 2s n orbitalul 2pz i prin combinrile liniare dintre cei 4 orbitali, acetia conduc la hibridizrile sp3, sp2 i sp.Astfel - din combinarea orbitalului 2s cu trei orbitali 2p se obin patru orbitali hibrizi (hibridizare sp3); - din combinarea orbitalului 2s cu doi orbitali 2p se obin trei orbitali hibrizi (hibridizare sp2); - din combinarea orbitalului 2s cu un singur orbital 2p se obin 2 orbitali hibrizi (hibridizare sp).


*Doua etape: 1. promovarea electronului 2. egalizarea energetica a orbitalilorEnergetic: cei 4 orbitali hibizi sp3 sunt de energie mai apropiata de cea a orbitalilor p decat de orbitalul s Hibridizarea sp3 a atomului de C cei 4 orbitali hibrizi sp3 formeaz 4 legaturi


*Geometria orbitalilor hibrizi sp3


Geometria TETRAEDRICA a moleculei metanului CH4


Geometria PIRAMIDALA a moleculei de amoniac NH3PIRAMIDALNHHH


Geometria TETRAEDRICA aplecata a moleculei de apa H2OTETRAEDRU aplecat


Hibridizarea sp2 a atomului de CEnergetic: cei trei orbitali hibrizi sp2 au energie mai joas dect orbitalii sp3 Dou etape: 1. promovarea electronului 2. egalizarea energetic a orbitalilor (1s cu 2p) 1 orbital p rmne nehibridizat i are energie nalt formeaz 1 legatur cei 3 orbitali hibrizi sp2 formeaz 3 legturi


Geometria orbitalilor hibrizi sp2


Formarea legaturilor si


Geometria TRIGONALA a moleculei de etena C2H4 cei 3 orbitali hibrizi sp2 formeaza 3 legaturi Orbitalul p nehibidizat formeaza 1 leg


Dou etape: 1. promovarea electronului 2. egalizarea energetic a orbitalilor (1 s cu 2 p)Energetic: cei doi orbitali hibrizi sp au energie mai joas dect orbitalii sp2 Hibridizarea sp a atomului de C 2 orbitali p rmn nehibridizati i au energie nalt formeaz 2 legturi cei 2 orbitali hibrizi sp formeaz 2 legturi


Geometria orbitalilor hibrizi sp


Geometria DIGONAL a moleculei de acetilen C2H2 cei 2 orbitali hibrizi sp2 formeaza 2 legaturi Cei 2 orbitali p nehibidizati formeaza 2 leg


Atomi n starea fundamental (nehibridizat)2s2p2sp3Z=6C2s2p2sp3Z=7NAtomi n starea hibridizat sp3sp3 C versus N


Molecula de NH3


*2s2p2sp22pC3 s1 p2s2p2sp22pN2 s1 pAtomi n starea fundamental (nehibridizat)Atomi n starea hibridizat sp2sp2 C versus N


*2s2p2sp2pC2s2p2s2p2sp2pN1s2pAtomi n starea fundamental (nehibridizat)Atomi n starea hibridizat spsp C versus N


Tema: reprezentati (confom diagramelor anterioare) tipurile de hibridizari pe care le pot prezenta atomii de O si S in combinatiile lor


****

c2 Leg Cimica Hibridizare

Documents

Transcript of c2 Leg Cimica Hibridizare