杂化原子:分子的形状和键角
- 每个碳原子的外层有4个电子(电子配置: 122 s22 p2)
- 碳原子以四个共价键的形式与其他原子共用这四个电子,从而形成全外壳配置
- 这些电子存在于各自原子的轨道中
- 当形成共价键时,轨道以这样的方式重叠,形成两种类型的键
- Sigma键(σ)
- π键(π)
乙烷
- σ键中的电子对是在共用电子的两个原子原子核之间的空间区域中发现的
- 的静电吸引力之间的电子(带负电荷)和两个核(带正电荷)使两个原子结合在一起
- 形成4个σ键的碳原子被称为sp3.杂交
- 每个碳周围的四对电子相互排斥,迫使分子采用一种构型,即成键电子对彼此尽可能远离
- 分子采用一种四面体键角的排列109.5º
该图显示了一个乙烷分子,其中每个碳原子形成四个σ键,以采用四面体构型,并使电子成键对之间的斥力最小化
杂交:sp2
- 当碳原子仅用三个电子对形成一个σ键时,我们称之为σ键sp2杂交
- 每个碳原子都有一个含有碳的p轨道一个备用电子
- 当两个碳原子的p轨道相互重叠时,π键就形成了(π键包含两个电子)。
- 形成π键的两个轨道位于两个碳原子平面的上方和下方,以最大化键重叠
- 这三对成键电子在分子平面上并相互排斥
- 分子采用一种平面键角的排列120º
两个p轨道的重叠导致乙烯中π键的形成(sp2杂化分子),其中电子的成键对相互排斥,迫使分子成键角为120º的平面构型
苯和芳香族分子的形状
苯的Kekulé结构
- Kekulé表明苯是一种六角有三个双键
- 因此它等于3乙烯分子
Kekulé的苯结构问题
- 因为苯有三个双键,所以它的反应活性应该和乙烯
- 然而,事实并非如此
- 乙烯经历除了反应而苯很少做(只有在非常恶劣的条件下),而是经历置换反应
- 三个双键的存在也表明苯有短的两倍而且不再单一债券
- 实际上,苯的键长是完全相同的
- 他们被发现是中间在单键和双键之间
- 苯也更多稳定的比Kekulé的苯的建议结构
- 需要更少的能量hydrogenate苯分子与氢化反应的苯分子三个乙烯分子
- 这意味着苯中断裂的键比乙烯中的双键更强
- 苯的稳定性的增加被称为delocalisation能源和是由异于寻常的电子在苯结构中
- 苯中的碳碳是单键和双键之间的中间产物异于寻常的电子
苯的形状
- 苯是平面正六边形键角为120º
- 由于电子的离域,所有的键都是相同的
- 每个sp2杂化碳原子:以苯形式存在的杂化碳原子:
- 一个σ键和另外两个碳成键
- 一个σ键和1个1个氢原子
- 剩下的p轨道是重叠两边都有p轨道
- 为了达到最大的重叠,苯环必须是平面的
- 这导致π键系统的形成,分布在整个环上
- 因此,电子不绑定到特定的原子,而是可以在结构周围自由移动,并被称为是异于寻常
苯具有一个由离域电子组成的π系统,碳原子的键角为120º
预测相似分子的形状
- 有四个单键的碳原子,碳原子会有a四面体具有键角的结构109.5º
- 有两个单键和一个双键的碳原子会有平面具有键角的结构120º
- 苯环总是平面