المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10434 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
جذور الغضب وكيفية علاجاته
2024-05-29
الغضب المذموم ومفاسده
2024-05-29
جذور الحسد وعلاجه
2024-05-29
الكبر معناه وأسبابه
2024-05-29
{ايشركون ما لا يخلق شيئا وهم يخلقون}
2024-05-29
{هو الذي خلقكم من نفس واحدة وجعل منها زوجها ليسكن اليها}
2024-05-29

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016


Electron Repulsion and Bond Angles. Orbital Hybridization  
  
1585   06:50 مساءً   التاريخ: 31-12-2021
المؤلف : John D. Roberts and Marjorie C. Caserio
الكتاب أو المصدر : Basic Principles of Organic Chemistry : LibreTexts project
الجزء والصفحة : ........
القسم : علم الكيمياء / الكيمياء العضوية / مواضيع عامة في الكيمياء العضوية /


أقرأ أيضاً
التاريخ: 9-9-2019 363
التاريخ: 18-10-2019 890
التاريخ: 28-12-2021 1240
التاريخ: 31-12-2021 1598

Electron Repulsion and Bond Angles. Orbital Hybridization

In predicting bond angles in small molecules, we find we can do a great deal with the simple idea that unlike charges produce attractive forces while like charges produce repulsive forces. We will have electron-nuclear attractions, electron-electron repulsions, and nucleus-nucleus repulsions. Let us first consider the case of a molecule with just two electron-pair bonds, as might be expected to be formed by combination of beryllium and hydrogen to give beryllium hydride, H:Be:H. The problem will be how to formulate the bonds and how to predict what the H−Be−H angle, θ, will be:

 

 

Figure 6-5):

Two circles representing atoms slightly overlapping. Left atom is small and represents a hydrogen atom. Labeled (1 s) to the first. Right atom is large and represents a B E atom. Labeled (2 s) to the first.

We might formulate a second σσ bond involving the 2p orbital, but a new problem arises as to where the hydrogen should be located relative to the beryllium orbital. Is it as in 2, 3, or some other way?

Two bonding scenarios. Left scenario labeled 2 and right scenario labeled 3. 2: B E atom with two circles coming out from each side representing electrons in the 2 p to the first orbital. A smaller circle representing a hydrogen atom in the 1 s orbital overlaps with the right side of the right electron of the B E atom. Overlapping region is shaded in grey. 3: The same B E atom from figure 2. This time, the hydrogen atom is bonded to the top of the right electron of the B E atom.

The BeBe and HH nuclei will be farther apart in 2 than they will be in 3 or any other similar arrangement, so there will be less internuclear repulsion with 2. We therefore expect the hydrogen to locate along a line going through the greatest extension of the 2p orbital.

According to this simple picture, beryllium hydride should have two different types of HBe bonds - one as in 1 and the other as in 2. This is intuitively unreasonable for such a simple compound. Furthermore, the HBeH bond angle is unspecified by this picture because the 2s Be orbital is spherically symmetrical and could form bonds equally well in any direction.

However, if we forget about the orbitals and only consider the possible repulsions between the electron pairs, and between the hydrogen nuclei, we can see that these repulsions will be minimized when the HBeH bond angle is 180o. Thus arrangement 5 should be more favorable than 4, with a HBeH angle less than 180o:

Two different bonding arrangements for a B E H 2 molecule. Bonds are represented by dashed lines. Left labeled 4: Two hydrogens are bonded to the B E atom at an angle. Left hydrogen points diagonally down and to the left and right hydrogen points diagonally down and to the right. Right labeled 5: The hydrogens are in line with the B E atom. Left hydrogen points directly to the left and right hydrogen points directly to the right to arrange in a straight line (no bond angle).

Unfortunately, we cannot check this particular bond angle by experiment because BeH2 is unstable and reacts with itself to give a high-molecular-weight solid. However, a number of other compounds, such as (CH3)2BeBeCl2(CH3)2HgHgF2, and (CH3)2Zn, are known to have σ bonds involving (s)1(p)1 valence states. Measurements of the bond angles at the metal of these substances in the vapor state has shown them to be uniformly 180o.

 

 

Figure 6-7: Representation of the relative sizes of 2s and 2p orbitals

How are the ss and pp orbitals deployed in this kind of bonding? It turns out that stronger bonds are formed when the degree of overlap of the orbitals is high. The degree of overlap will depend on the sizes of the orbital and, particularly, on how far out they extend from the nucleus. Figure 6-7 shows how far 2s and 2p orbitals extend relative to one another. Bonding with these orbitals as in 1 and 2 does not utilize the overlapping power of the orbitals to the fullest extent. With 1 we have overlap that uses only part of the 2s orbital, and with 2, only a part of the 2p orbital. Molecules such as BeH2 can be formulated with better overlap and equivalent bonds with the aid of the concept of orbital hybridization. This concept, published independently by L. Pauling and J. C. Slater in 1931, involves determining which (if any) combinations of ss and pp orbitals may overlap better and make more effective bonds than do the individual ss and pp orbitals. The mathematical procedure for orbital hybridization predicts that an ss and a pp orbital of one atom can form two stronger covalent bonds if they combine to form two new orbitals called spsp-hybridized orbitals (Figure 6-8). Each spsp-hybrid orbital has an overlapping power of 1.93, compared to the pure ss orbital taken as unity and a pure pp orbital as 1.73. Bond angles of 180o are expected for bonds to an atom using spsp-hybrid orbitals and, of course, this also is the angle we expect on the basis of our consideration of minimum electron-pair and internuclear repulsions. Henceforth, we will proceed on the basis that molecules of the type X:M:X may form sp-hybrid bonds.

 

 

Figure 6-8: Diagram of two spsp hybrid orbitals composed of an ss orbital and a pp orbital. One of the orbitals (solid line) has its greatest extension in the plus xx direction, while the other orbital (dotted line) has its greatest extension in the minus xx direction. Bonds utilizing both of these spsp orbitals would form at an angle of 180o.

On the basis of repulsion between electron pairs and between nuclei, molecules such as BH3, B(CH3)3BF3, and AlCl3, in which the central atom forms three covalent bonds using the valence-state electronic configuration (s)1(px)1(py)1, are expected to be planar with bond angles of 120o. For example,

 

Figure 6-9). These sp2 orbitals have their axes in a common plane and are at 120o to one another. The predicted overlapping power is 1.99.

 

Figure 6-9: Diagram of three sp2 hybrid orbitals made from an s orbital, a px orbital, and a pypy orbital. Each orbital is shown with a different kind of line.

With atoms such as carbon and silicon, the valence-state electronic configuration to form four covalent bonds has to be (s)1(px)1(py)1(pz)1. Repulsion between the electron pairs and between the attached nuclei will be minimized by formation of a tetrahedral arrangement of the bonds. the same geometry is predicted from hybridization one one s and three pp orbitals, which gives four sp3-hybrid orbitals directed at angles of 109.5o to each other. The predicted relative overlapping power of sp3-hybrid orbitals is 2.00 (Figure 6-10).

 

 

 

Figure 6-10: Diagram of the sp3 hybrid orbitals




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .