Most, hogy 4 párosítatlan elektronunk van, készen áll a kötésre, egy másik probléma is felmerül. A metánban minden szén-hidrogén kötés azonos, de az elektronjaink két különböző típusú pályán vannak. Nem kapunk négy azonos kötést, hacsak nem négy azonos pályáról indulunk.

Hibridizáció

Az elektronok újra átrendeződnek egy hibridizációnak nevezett folyamat során. Ezáltal az elektronok négy azonos hibrid pályává rendeződnek át, amelyeket sp3 hibrideknek neveznek (mert egy s- és három p-orbitálból állnak). Az “sp3”-at úgy kell olvasni, hogy “s p három” – nem pedig úgy, hogy “s p kocka”.

Az sp3 hibridorbitálisok egy kicsit úgy néznek ki, mint egy fél p orbitális, és úgy rendeződnek el a térben, hogy a lehető legtávolabb legyenek egymástól. Úgy képzelhetjük el az atommagot, mintha egy tetraéder (egy háromszög alapú piramis) középpontjában lenne, és a pályák a sarkok felé mutatnának. Az érthetőség kedvéért az atommag sokkal nagyobbra van rajzolva, mint amekkora valójában.

Mi történik a kötések kialakulásakor?

Emlékezzünk arra, hogy a hidrogén elektronja egy 1s pályán van – a térnek az atommagot körülvevő gömbszimmetrikus tartományában, ahol bizonyos meghatározott (mondjuk 95%-os) esély van az elektron megtalálására. Amikor kovalens kötés jön létre, az atomi pályák (az egyes atomokban lévő pályák) összeolvadnak, és egy új molekuláris pálya jön létre, amely tartalmazza a kötést létrehozó elektronpárt.

Négy molekuláris pálya jön létre, amelyek inkább az eredeti sp3 hibridekhez hasonlítanak, de mindegyik nyalábba egy hidrogénmag van beágyazva. Mindegyik orbitálon a korábban pontként és keresztként berajzolt 2 elektron található.

Az alkalmazott elvek – az elektronok előléptetése, ha szükséges, majd hibridizáció, ezt követi a molekulapályák kialakulása – bármely kovalens kötésű molekulára alkalmazhatóak.

A metán alakja

Az sp3 orbitálok kialakulásakor úgy rendeződnek el, hogy a lehető legtávolabb legyenek egymástól. Ez egy tetraéderes elrendeződés, 109,5°-os kötésszöggel.

Az alak szempontjából semmi sem változik, amikor a hidrogénatomok a szénnel egyesülnek, és így a metánmolekula szintén tetraéderes, 109,5&deg kötésszöggel.

Ethán, C2H6

A molekulapályák kialakulása az etánban

Az etán önmagában nem különösebben fontos, de azért szerepel, mert egyszerű példája a szén-szén egyszerű kötés kialakulásának.

Az etánban minden szénatom előléptet egy elektront, majd sp3 hibrideket alkot, pontosan úgy, ahogy a metánnál leírtuk. Tehát közvetlenül a kötés előtt az atomok így néznek ki:

A hidrogének a két szénatomhoz kapcsolódva molekulapályákat hoznak létre, ugyanúgy, mint a metánnál. A két szénatom úgy kötődik, hogy a megmaradt sp3 hibridpályáikat végig egymáshoz illesztve egy új molekuláris pályát alkotnak. Az ilyen végtől végig tartó átfedés által létrehozott kötést szigma-kötésnek nevezzük. A szénatomok és a hidrogének közötti kötések szintén szigma kötések.

Minden szigma kötésben az elektronpár legvalószínűbb helye a két atommag közötti vonalon van.

Az etán alakja az egyes szénatomok körül

Az alakot ismét az határozza meg, hogy az egyes szénatomok körül hogyan helyezkednek el az sp3 pályák. Ez egy tetraéderes elrendeződés, 109,5°-os kötésszöggel.

Az etánmolekula összerakásakor az egyes szénatomok körüli elrendeződés ismét tetraéderes, körülbelül 109,5&deg kötésszöggel. Miért csak “megközelítőleg”? Ezúttal nem minden szénatomhoz négy egyforma dolog kapcsolódik. Lesz egy kis torzulás a 4 hidrogén helyett 3 hidrogén és 1 szén kapcsolódása miatt.

Szabad forgás a szén-szén egyszerű kötés körül

A molekula két vége meglehetősen szabadon foroghat a szigma kötés körül, így bizonyos értelemben végtelen számú lehetőség van az etánmolekula alakjára. Néhány lehetséges alakzat:

A bal oldali CH3-csoportot minden esetben állandó helyzetben tartottuk, hogy láthassuk a jobb oldali pörgés hatását.

Más alkánok

Minden más alkán ugyanígy kötődik:

• A szénatomok egy-egy elektront mozdítanak elő, majd hibridizálódva sp3 hibrid pályákat adnak.

• A szénatomok úgy kapcsolódnak egymáshoz, hogy sp3 hibrid pályáik végtől végig való átfedése révén szigma kötéseket képeznek.
• A hidrogénatomok úgy kapcsolódnak oda, ahol szükség van rájuk, hogy 1s1 pályáikat átfedik a szénatomok sp3 hibrid pályáival.

Kérdések a megértésed tesztelésére

Ha ez az első feladatsor, amit megoldasz, kérlek, olvasd el a bevezető oldalt, mielőtt elkezded. A böngészője BACK BUTTON gombját kell használnia, hogy utána visszatérhessen ide.

Kérdések a metán és az etán kötéseiről

válaszok

Hová szeretne most menni?

A szerves kötés menüpontba. .

A szerves kémia alapjai menüpontba. .

A főmenübe . . .