Když už máme 4 nespárované elektrony připravené k vazbě, vyvstává další problém. V metanu jsou všechny vazby mezi uhlíkem a vodíkem identické, ale naše elektrony jsou ve dvou různých typech orbitalů. Čtyři identické vazby nezískáme, pokud nezačneme od čtyř identických orbitalů.

Hybridizace

Elektrony se opět přeskupí v procesu zvaném hybridizace. Tím se elektrony přeorganizují do čtyř identických hybridních orbitalů nazývaných sp3 hybridy (protože jsou tvořeny jedním s orbitálem a třemi p orbitály). Slovo „sp3“ byste měli číst jako „s p tři“ – ne jako „s p kubický“.

Hybridní orbitaly sp3 vypadají trochu jako polovina orbitalu p a uspořádají se v prostoru tak, aby byly co nejdále od sebe. Jádro si můžete představit jako střed čtyřstěnu (pyramidy s trojúhelníkovou základnou), jehož orbitaly směřují do rohů. Pro názornost je jádro nakresleno mnohem větší, než ve skutečnosti je.

Co se stane, když se vytvoří vazby?

Pamatujte si, že elektron vodíku je v orbitalu 1s – sféricky symetrické oblasti prostoru obklopující jádro, kde je určitá pevně stanovená šance (řekněme 95%), že se elektron najde. Při vzniku kovalentní vazby se atomové orbitaly (orbitaly v jednotlivých atomech) sloučí a vznikne nový molekulový orbital, který obsahuje elektronový pár, jenž vytváří vazbu.

Vytvoří se čtyři molekulové orbitaly, které vypadají spíše jako původní sp3 hybridy, ale v každém laloku je vloženo jádro vodíku. Každý orbital drží 2 elektrony, které jsme si předtím nakreslili jako tečku a křížek.

Principy, které jsou s tím spojené – povýšení elektronů, pokud je to nutné, pak hybridizace a následně vytvoření molekulových orbitalů – lze aplikovat na jakoukoli kovalentně vázanou molekulu.

Tvar methanu

Při vytváření sp3 orbitalů se tyto uspořádají tak, aby byly co nejdále od sebe. To je tetraedrické uspořádání s úhlem 109,5°.

Při spojení atomů vodíku s uhlíkem se na tvaru nic nemění, a tak je molekula metanu také tetraedrická s vazebnými úhly 109,5&deg.

Etan, C2H6

Tvorba molekulových orbitalů v ethanu

Etan není sám o sobě nijak zvlášť důležitý, ale je zařazen proto, že je jednoduchým příkladem toho, jak vzniká jednoduchá vazba uhlík-uhlík.

Každý atom uhlíku v ethanu podporuje elektron a pak tvoří sp3 hybridy přesně tak, jak jsme popsali u metanu. Těsně před spojením tedy atomy vypadají takto:

Vodíky se spojí se dvěma uhlíky a vytvoří molekulové orbitaly stejně jako u methanu. Dva atomy uhlíku se spojí sloučením svých zbývajících sp3 hybridních orbitalů koncem ke konci a vytvoří nový molekulový orbital. Vazba vzniklá tímto překrytím se nazývá sigma vazba. Vazby mezi uhlíky a vodíky jsou také sigma vazby.

V každé sigma vazbě je nejpravděpodobnější místo, kde se nachází dvojice elektronů, na přímce mezi dvěma jádry.

Tvar ethanu kolem každého atomu uhlíku

Tvar je opět určen způsobem uspořádání sp3 orbitalů kolem každého atomu uhlíku. To je tetraedrické uspořádání s úhlem 109,5°.

Pokud je molekula ethanu složena, je uspořádání kolem každého atomu uhlíku opět tetraedrické s vazebnými úhly přibližně 109,5&deg. Proč jen „přibližně“? Tentokrát nemá každý atom uhlíku připojeny čtyři stejné věci. Dojde k malému zkreslení kvůli připojení 3 vodíků a 1 uhlíku, nikoli 4 vodíků.

Volná rotace kolem jednoduché vazby uhlík-uhlík

Dva konce této molekuly se mohou zcela volně otáčet kolem vazby sigma, takže existuje v jistém smyslu nekonečné množství možností tvaru molekuly ethanu. Některé možné tvary jsou:

V každém případě byla levá skupina CH3 ponechána v konstantní poloze, abyste viděli efekt otáčení té pravé.

Jiné alkany

Všechny ostatní alkany se budou vázat stejným způsobem:

• Atomy uhlíku budou každý podporovat jeden elektron a poté se hybridizovat za vzniku sp3 hybridních orbitalů.

• Atomy uhlíku se navzájem spojí vytvořením sigma vazeb překrytím jejich sp3 hybridních orbitalů od konce ke konci.
• Atomy vodíku se spojí všude tam, kde je to potřeba, překrytím jejich 1s1 orbitalů se sp3 hybridními orbitaly na atomech uhlíku.

Otázky k ověření porozumění

Pokud je to vaše první sada otázek, přečtěte si předtím úvodní stránku. Poté se sem budete muset vrátit pomocí tlačítka ZPĚT v prohlížeči.

otázky k vazbě v metanu a ethanu

odpovědi

Kam byste chtěli přejít nyní?

Do nabídky organické vazby. …

Do nabídky základů organické chemie. .

Do hlavní nabídky . . .