المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10623 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
معنى الازدراء
2024-07-04
معنى الخبت
2024-07-04
تحدي الاتيان بعشر سور
2024-07-04
تعريف العقوبة الانضباطية
2024-07-04
الرقابة الإدارية على تحصيل أموال الدولة في العراق
2024-07-04
توزيع وإعادة توزيع الدخل في النظام الاشتراكي الماركسي
2024-07-04

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

sp3 Hybrid Orbitals and the Structure of Methane  
  
3886   11:30 صباحاً   date: 26-1-2016
Author : John McMurry
Book or Source : Organic Chemistry
Page and Part : 9Th. p12


Read More
Date: 26-7-2019 1375
Date: 1-9-2019 821
Date: 12-7-2018 738

 sp3 Hybrid Orbitals and the Structure of Methane 

The bonding in the hydrogen molecule is fairly straightforward, but the situation is more complicated in organic molecules with tetravalent carbon atoms. Take methane, CH4, for instance. As we’ve seen, carbon has four valence electrons (2s2 2p2) and forms four bonds. Because carbon uses two kinds of orbitals for bonding, 2s and 2p, we might expect methane to have two kinds of C- H bonds. In fact, though, all four C- H bonds in methane are identical and are spatially oriented toward the corners of a regular tetrahedron (Figure 1).

(Figure 1). A representation of a tetrahedral carbon atom.

How can we explain this?

An answer was provided in 1931 by Linus Pauling, who showed mathematically how an s orbital and three p orbitals on an atom can combine, or hybridize, to form four equivalent atomic orbitals with tetrahedral orientation. Shown in Figure 2, these tetrahedrally oriented orbitals are called sp3 hybrid orbitals. Note that the superscript 3 in the name sp3 tells how many of each type of atomic orbital combine to form the hybrid, not how many electrons occupy it.

Figure 2 Four sp3 hybrid orbitals, oriented to the corners of a regular tetrahedron, are formed by the combination of an s orbital and three p orbitals (red/blue). The sp3 hybrids have two lobes and are unsymmetrical about the nucleus, giving them a directionality and allowing them to form strong bonds when they overlap an orbital from another atom.

 

   The concept of hybridization explains how carbon forms four equivalent tetrahedral bonds but not why it does so. The shape of the hybrid orbital suggests the answer. Whe

n an s orbital hybridizes with three p orbitals, the resultant sp3 hybrid orbitals are unsymmetrical about the nucleus. One of the two lobes is larger than the other and can therefore overlap more effectively with an orbital from another atom to form a bond. As a result, sp3 hybrid orbitals form stronger bonds than do unhybridized s or p orbitals. The asymmetry of sp3 orbitals arises because, as noted previously, the two lobes of a p orbital have different algebraic signs, + and + , in the wave function.

Thus, when a p orbital hybridizes with an s orbital, the positive p lobe adds to the s orbital but the negative p lobe subtracts from the s orbital.   The resultant hybrid orbital is therefore unsymmetrical about the nucleus and is strongly oriented in one direction.

  When each of the four identical sp3 hybrid orbitals of a carbon atom overlaps with the 1s orbital of a hydrogen atom, four identical C- H bonds are formed and methane results. Each C-H bond in methane has a strength of 439 kJ/mol (105 kcal/mol) and a length of 109 pm. Because the four bonds have a specific geometry, we also can define a property called the bond angle. The angle formed by each H-C- H is 109.5°, the so-called tetrahedral angle. Methane thus has the structure shown in Figure 3.

 Figure 3 The structure of methane, showing its 109.5° bond angles.




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 .