Teraz, gdy mamy już 4 niesparowane elektrony gotowe do wiązania, pojawia się kolejny problem. W metanie wszystkie wiązania węgiel-wodór są identyczne, ale nasze elektrony są na dwóch różnych rodzajach orbitali. Nie uzyskasz czterech identycznych wiązań, jeśli nie zaczniesz od czterech identycznych orbitali.

Hybrydyzacja

Elektrony ponownie zmieniają swoje rozmieszczenie w procesie zwanym hybrydyzacją. To reorganizuje elektrony w cztery identyczne orbitale hybrydowe zwane hybrydami sp3 (ponieważ są one utworzone z jednego orbitalu s i trzech orbitali p). Powinieneś przeczytać „sp3” jako „s p trzy” – nie jako „s p cubed”.

Orbitale hybrydowe sp3 wyglądają trochę jak połowa orbitali p, i układają się w przestrzeni tak, że są tak daleko od siebie, jak to możliwe. Można sobie wyobrazić jądro jako środek czworościanu foremnego (ostrosłupa o podstawie trójkątnej) z orbitalami skierowanymi do rogów. Dla jasności, jądro jest narysowane znacznie większe niż jest w rzeczywistości.

Co się dzieje, gdy tworzą się wiązania?

Pamiętaj, że elektron wodoru znajduje się na orbitalu 1s – sferycznie symetrycznym obszarze przestrzeni otaczającym jądro, gdzie istnieje pewna stała szansa (powiedzmy 95%) znalezienia elektronu. Kiedy tworzy się wiązanie kowalencyjne, orbitale atomowe (orbitale w poszczególnych atomach) łączą się, tworząc nowy orbital molekularny, który zawiera parę elektronów tworzącą wiązanie.

Powstają cztery orbitale molekularne, wyglądające raczej jak oryginalne hybrydy sp3, ale z jądrem wodoru osadzonym w każdym płacie. Każdy orbital posiada 2 elektrony, które wcześniej narysowaliśmy jako kropkę i krzyżyk.

Zaangażowane zasady – promowanie elektronów, jeśli to konieczne, następnie hybrydyzacja, po której następuje tworzenie orbitali molekularnych – mogą być zastosowane do każdej cząsteczki związanej kowalencyjnie.

Kształt metanu

Gdy orbitale sp3 są tworzone, układają się tak, aby były jak najdalej od siebie. Jest to układ tetraedryczny, z kątem 109,5°.

Nic się nie zmienia pod względem kształtu, gdy atomy wodoru łączą się z węglem, a więc cząsteczka metanu jest również tetraedryczna z kątami wiązań 109,5&deg.

Etan, C2H6

Powstawanie orbitali molekularnych w etanie

Etan nie jest szczególnie ważny sam w sobie, ale został uwzględniony, ponieważ jest prostym przykładem tego, jak powstaje pojedyncze wiązanie węgiel-węgiel.

Każdy atom węgla w etanie promuje elektron, a następnie tworzy hybrydy sp3 dokładnie tak, jak opisaliśmy to w metanie. Tak więc tuż przed wiązaniem atomy wyglądają następująco:

Hydrogeny łączą się z dwoma węglami tworząc orbitale molekularne, tak jak to miało miejsce w przypadku metanu. Dwa atomy węgla wiązać przez łączenie ich pozostałych orbitali hybrydowych sp3 koniec do końca, aby nowy orbital molekularny. Wiązanie utworzone przez to nakładanie się koniec do końca nazywane jest wiązaniem sigma. Wiązania pomiędzy węglami i hydrogenami są również wiązaniami sigma.

W każdym wiązaniu sigma, najbardziej prawdopodobnym miejscem znalezienia pary elektronów jest linia pomiędzy dwoma jądrami.

Kształt etanu wokół każdego atomu węgla

Kształt jest ponownie określony przez sposób ułożenia orbitali sp3 wokół każdego atomu węgla. To jest tetraedryczny układ, z kątem 109.5°.

Gdy cząsteczka etanu jest złożona razem, układ wokół każdego atomu węgla jest ponownie tetraedryczny z około 109.5&deg kątów wiązania. Dlaczego tylko „w przybliżeniu”? Tym razem każdy atom węgla nie ma przyczepionych czterech identycznych rzeczy. Będzie niewielka ilość zniekształceń z powodu dołączenia 3 hydrogenów i 1 węgla, a nie 4 hydrogenów.

Dowolny obrót wokół pojedynczego wiązania węgiel-węgiel

Dwa końce tej cząsteczki mogą obracać się dość swobodnie wokół wiązania sigma, tak że istnieje, w pewnym sensie, nieskończona liczba możliwości kształtu cząsteczki etanu. Niektóre możliwe kształty to:

W każdym przypadku lewa grupa CH3 została utrzymana w stałej pozycji, aby można było zobaczyć efekt obracania prawej.

Inne alkany

Wszystkie inne alkany będą wiązane w ten sam sposób:

• Atomy węgla będą promować elektron, a następnie hybrydyzować dając orbitale hybrydowe sp3.

• Atomy węgla połączą się ze sobą tworząc wiązania sigma poprzez nakładanie się od końca do końca ich orbitali hybrydowych sp3.
• Atomy wodoru połączą się gdziekolwiek są potrzebne poprzez nakładanie się ich orbitali 1s1 z orbitalami hybrydowymi sp3 na atomach węgla.

Pytania sprawdzające zrozumienie

Jeśli jest to pierwszy zestaw pytań, który wykonałeś, proszę przeczytaj stronę wprowadzającą zanim zaczniesz. Będziesz musiał użyć PRZYCISKU WSTECZ w swojej przeglądarce, aby wrócić tutaj po zakończeniu pracy.

Pytania dotyczące wiązania w metanie i etanie

odpowiedzi

Gdzie chciałbyś teraz przejść?

Do menu wiązania organicznego. . .

Do menu z podstawami chemii organicznej. . .

Do menu głównego . . .