РУҚА
Тапсырма № 11 · ЕГЭ

Гибридизация атомных орбиталей

Как по числу электронных областей определить гибридизацию и геометрию молекулы
6 мин чтенияҚиындық: Обновлено 29 қыркүйек 2026

Гибридизация — модель, объясняющая образование равноценных орбиталей и пространственную форму молекулы. В школьных задачах тип гибридизации центрального атома определяют по числу электронных областей вокруг него, а затем устанавливают геометрию и примерный валентный угол.

Основные понятия

Для начала полезно построить структуру Льюиса молекулы: она показывает связи и неподелённые электронные пары. Затем число областей электронной плотности вокруг выбранного атома определяют по теории отталкивания электронных пар. Электронная область — это либо одна σ-связь, либо одна неподелённая электронная пара. Одинарная, двойная и тройная связи каждая считаются одной областью, потому что у каждой связи только одна область между двумя атомами, направленная от центрального атома.

D
Гибридизация

Гибридизация атомных орбиталей — смешение близких по энергии атомных орбиталей одного атома с образованием новых равноценных гибридных орбиталей, направленных в пространстве определённым образом.

T
Правило соответствия

Число гибридных орбиталей равно числу смешавшихся исходных орбиталей и совпадает с числом электронных областей вокруг центрального атома: 2 области → sp, 3 → sp², 4 → sp³.

При подсчёте учитывают все области вокруг центрального атома, но форма молекулы описывается только положением атомов. Поэтому электронная геометрия и молекулярная геометрия могут различаться. Например, у воды четыре электронные области, значит электронная геометрия тетраэдрическая, но две области заняты связями, поэтому форма молекулы угловая.

Алгоритм определения гибридизации

  1. Выберите центральный атом. Обычно это атом, записанный один раз в формуле; водород центральным атомом не бывает.
  2. Постройте или проверьте структуру Льюиса, определив число связей и неподелённых пар на центральном атоме.
  3. Посчитайте электронные области: каждая связь любого порядка даёт одну область, каждая неподелённая пара — одну область.
  4. Сопоставьте число областей с типом гибридизации и электронной геометрией.
  5. Для формы молекулы учитывайте только направления связей к атомам; неподелённые пары не являются вершинами молекулы, но отталкивают связи и изменяют углы.
\[N_{\text{областей}}=N_{\sigma\text{-связей}}+N_{\text{неподелённых пар}}\]1
Число электронных областейГибридизацияЭлектронная геометрияИдеальный угол
2spлинейная180°
3sp²тригональная плоская120°
4sp³тетраэдрическая109,5°

В школьном курсе чаще всего встречаются гибридизации sp, sp² и sp³. При образовании гибридных орбиталей π-связи обычно возникают за счёт негибридизованных p-орбиталей. Поэтому двойная связь содержит одну σ- и одну π-связь, а тройная — одну σ- и две π-связи.

Микро-проверка

Сколько электронных областей находится вокруг атома углерода в молекуле \(\mathrm{CO_2}\)?

Три типа гибридизации

sp-гибридизация

При sp-гибридизации смешиваются одна s- и одна p-орбиталь. Получаются две sp-орбитали, направленные в противоположные стороны. Остаются две негибридизованные p-орбитали, которые могут образовать π-связи.

№
Примеры sp

В \(\mathrm{BeCl_2}\) у бериллия две σ-связи и нет неподелённых пар: 2 области, sp-гибридизация, линейная форма, угол 180°. В \(\mathrm{CO_2}\) у углерода также 2 области: две двойные связи считаются двумя направлениями, поэтому атом углерода sp-гибридизован.

Подробная схема образования и признаки этого случая приведены на странице sp-гибридизация.

sp²-гибридизация

При sp²-гибридизации смешиваются одна s- и две p-орбитали. Образуются три sp²-орбитали в одной плоскости; углы между ними близки к 120°. Одна p-орбиталь остаётся негибридизованной и может участвовать в образовании π-связи.

№
Примеры sp²

В \(\mathrm{BF_3}\) у бора три σ-связи и нет неподелённых пар: 3 области, sp²-гибридизация, тригональная плоская форма, углы около 120°. В этене \(\mathrm{C_2H_4}\) каждый атом углерода имеет три σ-связи и одну негибридизованную p-орбиталь; она участвует в π-связи двойной связи.

Свойства и геометрические признаки подробно собраны на странице sp²-гибридизация.

sp³-гибридизация

При sp³-гибридизации смешиваются одна s- и три p-орбитали. Образуются четыре sp³-орбитали, направленные к вершинам тетраэдра. Идеальный угол составляет 109,5°, но неподелённые пары сильнее отталкивают связи, поэтому реальные углы могут быть меньше.

№
Примеры sp³

В \(\mathrm{CH_4}\) төрт σ-связи и нет неподелённых пар: форма тетраэдрическая, углы 109,5°. В \(\mathrm{NH_3}\) три σ-связи и одна неподелённая пара: электронная геометрия тетраэдрическая, а форма молекулы тригональная пирамидальная, угол около 107°. В \(\mathrm{H_2O}\) две σ-связи и две неподелённые пары: форма угловая, угол около 104,5°.

Дополнительные Мысалдар и связь числа областей с направлением орбиталей приведены на странице sp³-гибридизация.

Разобранный пример: гибридизация в ионе аммония

Определим гибридизацию и геометрию центрального атома в ионе \(\mathrm{NH_4^+}\). Сначала проверяем структуру Льюиса: азот образует четыре одинарные связи с водородом, а неподелённых пар у него нет.

1
Каждая одинарная связь содержит одну σ-связь и считается одной электронной областью.
\(\displaystyle N_{\text{областей}}=4+0=4\)
2
Четырём электронным областям соответствует смешение одной s- и трёх p-орбиталей.
\(\displaystyle 4\ \text{области}\Rightarrow sp^3\)
3
Четыре связывающие области располагаются к вершинам тетраэдра.
\(\displaystyle \text{геометрия: тетраэдрическая},\quad \angle HNH\approx109{,}5^\circ\)
№
Жауап

Центральный атом азота в \(\mathrm{NH_4^+}\) имеет sp³-гибридизацию. Электронная и молекулярная геометрии совпадают: молекула имеет тетраэдрическую форму, потому что все четыре области являются связями.

Электронная и молекулярная геометрия

Если вокруг атома нет неподелённых пар, электронная и молекулярная геометрии совпадают. Если неподелённые пары есть, они занимают электронные области, но не видны как атомы в названии формы. Их отталкивание обычно сильнее отталкивания связывающих пар: неподелённая пара — неподелённая пара > неподелённая пара — связь > связь — связь.

ОбластиСвязиНеподелённые парыФорма молекулыПример
440тетраэдрическая\(\mathrm{CH_4}\)
431тригональная пирамидальная\(\mathrm{NH_3}\)
422угловая\(\mathrm{H_2O}\)
330тригональная плоская\(\mathrm{BF_3}\)
220линейная\(\mathrm{CO_2}\)

Не следует путать тип гибридизации с числом связей. В \(\mathrm{NH_3}\) три связи, но гибридизация sp³, поскольку есть ещё одна неподелённая пара. В \(\mathrm{CO_2}\) две двойные связи, и гибридизация sp, поскольку двойная связь считается одной областью.

!
Частые ошибки

1. Считать двойную связь за две электронные области. Нужно считать только одно направление связи. 2. Не учитывать неподелённые пары. Они входят в число областей и влияют на форму. 3. Называть форму \(\mathrm{NH_3}\) тетраэдрической. Тетраэдрической является электронная геометрия, а форма молекулы — тригональная пирамидальная. 4. Приписывать sp³ всем атомам с четырьмя связями без проверки структуры: сначала определите области именно у выбранного атома. 5. Считать гибридизацию всей молекулы сразу: у разных атомов одной молекулы она может быть разной.

Связь с правилами строения молекул

Подсчёт электронных областей выполняют после применения правила октета, но правило октета не является универсальным: существуют исключения из правила октета. Для спорных структур полезно проверить формальный заряд атомов и выбрать наиболее разумный вариант структуры Льюиса. После этого гибридизацию определяют отдельно для каждого интересующего атома.

Приём для экзамена

Запишите короткую цепочку: «структура Льюиса → области → гибридизация → электронная геометрия → форма молекулы → угол». Такая последовательность помогает не перепутать число связей, число областей и название формы.

Q
Жылдам тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · sp-гибридизация
Какая гибридизация у центрального атома в \(\mathrm{BeCl_2}\)?
Главное за минуту

Главное

  • Число электронных областей равно числу σ-связей плюс числу неподелённых электронных пар.
  • 2 области соответствуют sp и линейной геометрии; 3 — sp² и тригональной плоской; 4 — sp³ и тетраэдрической электронной геометрии.
  • Кратность связи не увеличивает число областей: двойная и тройная связи считаются каждая одной областью.
  • Неподелённые пары учитывают при определении гибридизации, но не включают в название формы молекулы.
  • Надёжный алгоритм: структура Льюиса → число областей → гибридизация → геометрия и угол.