Меню сайта
Наш опрос
Погода
|
Электронная природа химических связей в ОХЭлектронная природа химических связей в органических соединениях. Способы разрыва связей в молекулах органических веществЭлектронная природа химических связей в органических соединениях 1. Все органические вещества содержат углерод. В молекулах органических веществ углерод переходит в возбуждённое состояние: 2. Органическим соединениям свойственны ковалентные связи. Ковалентная связь в молекулах характеризуется: энергией, длиной, насыщаемостью и пространственной направленностью. а) Из курса химии 8 класса вы знаете, что ковалентная связь образуется за счёт перекрывания электронных облаков, при этом выделяется энергия, чем больше перекрывание, тем больше выделяется энергии и тем прочнее связь. Типы перекрываний электронных облаков в порядке возрастания их прочности и энергии выделяемой при образовании: σ(s – s) < σ(s – p) < σ (p – p) б) Длина связи определяется расстоянием между центрами ядер связывающихся атомов и измеряется в нанометрах (1 нм = 10-9 м). С повышением кратности связи (одинарная, двойная, тройная) длина становится меньше, а энергия выше: (С – С) < (C = C) < (C ≡ C) в) Под насыщаемостью связи понимают способность образовывать строго определённое количество ковалентных связей. г) Направленность ковалентной связи определяется взаимным расположением электронных облаков, участвующих в образовании химической связи. Ковалентная связь образуется в направлении максимального перекрывания электронных орбиталей взаимодействующих атомов. Вы уже знаете, что атом углерода содержит на внешнем уровне четыре валентных электрона: 1 электрон на s – орбитали сферической формы 3 электрона на трёх p – орбиталях, орбитали имеют форму гантели и расположены под углом 90˚. Рис. Атом углерода в возбуждённом состоянии (s1px1py1pz1) Таким образом можно предположить, что в молекуле метана CH4 атом углерода не может образовать 4 одинаковых связи с четырьмя атомами водорода (1 атом водорода имеет 1 электрон на s – орбитали сферической формы). Однако экспериментально доказано, что в молекуле метана все связи С – Н равноценны и направлены к вершинам правильного тетраэдра под углом 109˚28`. В 1931 г. американский учёный Л. Полинг доказал, что в молекуле метана в момент образования молекулы электронные облака смешиваются и образуют гибридные электронные облака, происходит процесс гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей Гибридизация – процесс смешения разных, но близких по энергии, орбиталей данного атома, с возникновением того же числа новых гибридных орбиталей, одинаковых по форме и энергии. В зависимости от числа вступивших в гибридизацию орбиталей атом углерода может находиться в одном их трёх состояний гибридизации: sp3, sp2, sp. 1) sp3 – гибридизация Происходит смешение одной s и трёх p орбиталей. Образуются четыре одинаковые гибридные орбитали, расположенные относительно друг друга под тетраэдрическим углом 109˚28`. Образуются 4 ковалентные σ – связи. Анимация: “Основные типы гибридизации атома углерода. SP3-гибридизация” Рис. Строение молекулы метана СН4 (тетраэдрическое) 2) sp2 – гибридизация: Происходит смешение одной s и двух p орбиталей. Образуются три одинаковые гибридные орбитали, они расположены относительно друг друга под углом 120˚, лежат в одной плоскости и стремятся к вершинам треугольника. Образуются 3 ковалентные σ – связи. Оставшаяся одна негибридизованная орбиталь расположена перпендикулярно плоскости образования σ – связей и участвует в образовании П - связи. Рис. Строение молекулы этилена С2Н4 (плоское тригональное) 3) sp – гибридизация Происходит смешение одной s и одной p орбитали. Образуются две одинаковые гибридные орбитали, они расположены относительно друг друга под углом 180˚, лежат на одной линии. Образуются 2 ковалентные σ – связи. Оставшиеся две негибридизованные орбитали расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют две П - связи. Рис. Строение молекулы ацетилена С2Н2 (линейное) Направленность гибридных орбиталей в пространстве, а следовательно, и геометрическое строение молекул зависят от типа гибридизации. На форму молекулы в пространстве влияет направленность только σ – связей. Степень окисления атома углерода Для атома углерода в органических соединениях характерны степени окисления от -4 до +4. Пример №1 С-4H4 C-3H3 – C-3H3 C-2H2=C-2H2 C-1H ≡ C –1H Пример №2 Укажите степени окисления всех элементов в CH3CH2OH Решение. Нахождение степеней окисления в органических соединениях имеет свою специфику. В частности, необходимо отдельно находить степени окисления для каждого атома углерода. Рассуждать можно следующим образом. Рассмотрим, например, атом углерода в составе метильной группы (СН3 –) . Данный атом С соединен с 3 атомами водорода и соседним атомом углерода. По связи С-Н происходит смещение электронной плотности в сторону атома углерода (т. к. электроотрицательность углерода превосходит ЭО водорода). Если бы это смещение было полным, атом углерода приобрел бы заряд -3. Атом С в составе группы -СН2ОН связан с двумя атомами водорода (смещение электронной плотности в сторону С), одним атомом кислорода (смещение электронной плотности в сторону О) и одним атомом углерода (можно считать, что смещения эл. плотности в этом случае не происходит). Степень окисления углерода равна -2 +1 +0 = -1. Ответ: С-3H+13C-1H+12O-2H+1. Простая и кратная ковалентные связи Способность атома углерода иметь разные степени окисления и лёгкость гибридизации позволяет атому углерода образовывать одинарные, и кратные (двойные и тройные связи) не только с другими атомами углерода, но и с атомами других элементов-органогенов: СН3 – СН3 (1 σ – сигма связь С-С) CH2=CH2 (1 σ – сигма связь С-С и 1 П – пи связь С-С) CH ≡ CH (1 σ – сигма связь С-С и 2 П – пи связи С-С) Способы разрыва связей в молекулах органических веществ и механизмы органических реакций Разрыв ковалентной связи может происходить двумя способами. 1. Разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, называется гомолитическим: Например, CH4 свет→ CH3∙ + ∙H Cl2 свет→ Cl∙ + ∙Cl В результате гомолитического разрыва образуются сходные по электронному строению частицы, каждая из которых имеет неспаренный электрон. Такие частицы называются свободными радикалами. Радикал – свободный атом или частица с неспаренными электронами, неустойчив и способный быстро вступать в химическую реакцию. Гомолитический разрыв сопровождает процессы, осуществляемые при высоких температурах; на свету; при радиоактивном облучении в отсутствие растворителя (в газовой фазе) или неполярных растворителях. Гомолитическому разрыву подвергаются малополярные или неполярные связи C-C, C-H, Cl-Cl и др. 2. Если при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома, то такой разрыв называется гетеролитическим: А+ - электрофильная частица, :В- - нуклеофильная частица Например, CH3Сl → CH3+ + :Cl- В результате образуются разноименно заряженные ионы - катион и анион. Если заряд иона сосредоточен на атоме углерода, то катион называют карбокатионом, а анион - карбанионом. Карбокатион Карбоанион Устойчивы более разветвлённые катионы! Ионный тип разрыва связи характерен для П- связей и полярных σ – связей; при наличии полярного растворителя или катализатора. Виды разрыва ковалентной связи в молекулах органических веществ Механизмы образования ковалентной связи (повторение) Тренажёры Тренажер №1. “Сокращенные электронные (графические) формулы атома углерода (невозбужденное и возбужденное состояние)” Тренажер №2. “Валентность и cтепень окисления атома углерода в различных соединениях” |
Поиск
Архив записей
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 2 Гостей: 2 Пользователей: 0 |