Состояние электронного облака атома углерода
- в невозбужденном состоянии электронная формула имеет вид:
С – 1s22s22p2 или 1s22s22px12py1 2pz0
В графическом виде:
- в возбужденном состоянии:
*С – 1s22s12p3 или 1s22s12px12py1 2pz1
В виде ячеек:
- Форма s- и p – орбиталей
Атомная орбиталь - область пространства, где с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон, с соответствующими квантовыми числами.
Относительные размеры атомных орбиталей увеличиваются по мере возрастания их энергий (главное квантовое число - n), а их форма и ориентация в пространстве определяется – квантовыми числами l и m. Электроны на орбиталях характеризуются спиновым квантовым числом. На каждой орбитали могут находиться не более 2 электронов с противоположными спинами.
При образовании связей с другими атомами электронная оболочка атома углерода преобразуетсятак, чтобы образовались наиболее прочные связи, а, следовательно, выделилось как можно больше энергии, и система приобретала наибольшую устойчивость.
Энергия, затраченная на изменение электронной оболочки атома, затем компенсируется за счет образования более прочных связей.
Различают 3 типа преобразования электронной оболочки (гибридизации) углерода, в зависимости от числа атомов, с которыми он образует связи.
Виды гибридизации атома углерода:
sp3 – Гибридизация (валентное состояние) – углерод образует связи с 4 соседними атомами (тетраэдрическая гибридизация):
Электронная формула sp3 – гибридного атома углерода:
*С –1s22(sp3)4 в виде ячеек .
В гибридизации участвуют одна s- и три p-орбитали, которые суммируются и образуют четыре sp3 – гибридных орбитали, направленные к углам правильного тетраэдра.
Валентный угол между гибридными орбиталями ~109°.
Стереохимическая формула атома углерода:
sp2 – Гибридизация (валентное состояние) – атом образует связи с тремя соседними атомами (тригональная гибридизация):
Электронная формула sp2 – гибридного атома углерода:
*С –1s22(sp2)32p1 в виде ячеек
В гибридизации участвуют одна s- и две p-орбитали, которые суммируются и образуют три sp2 – гибридных орбитали, расположенные в одной плоскости. Оставшаяся p-орбиталь расположена перпендикулярно этой плоскости.
Валентный угол между гибридными орбиталями ~120°.
Стереохимическая формула sp2 – гибридного атома углерода:
sp – Гибридизация (валентное состояние) – атом образует связи с 2 соседними атомами (линейная гибридизация):
Электронная формула sp – гибридного атома углерода:
*С –1s22(sp)22p2 в виде ячеек
Валентный угол между гибридными орбиталями ~180°.
Стереохимическая формула:
Во всех видах гибридизации участвует s-орбиталь, т.к. она имеет минимум энергии.
Перестройка электронного облака позволяет образовывать максимально прочные связи и минимальное взаимодействие атомов в образующейся молекуле. При этом гибридные орбитали могут быть не идентичные, а валентные углы – разные, например СН2Cl2 и СCl4