sp³-гибридизация
sp³-гибридизация — это смешение одной \(s\)- и трёх \(p\)-орбиталей атома углерода с образованием четырёх одинаковых гибридных орбиталей. Поэтому в алканах атом углерода обычно образует четыре одинарные связи, направленные к вершинам тетраэдра.
Как образуются связи
При гибридизации атома углерода его орбитали преобразуются так, чтобы четыре области связывания были равноценными и максимально удалёнными друг от друга. Каждая sp³-орбиталь содержит один неспаренный электрон и перекрывается с орбиталью другого атома, образуя ковалентную связь.
В соединениях с sp³-гибридизованным углеродом все одинарные связи являются \(\sigma\)-связями. Электронные облака перекрываются вдоль линии, соединяющей ядра. Пространственная форма связей — тетраэдрическая: углерод находится в центре тетраэдра, а связанные с ним атомы — вблизи его вершин.
В молекуле метана \(\mathrm{CH_4}\) углерод образует четыре одинаковые \(\sigma\)-связи с атомами водорода. Поэтому молекула имеет тетраэдрическое строение, а углы \(\mathrm{H-C-H}\) близки к \(109{,}5^\circ\). В алканах такая геометрия сохраняется вокруг каждого углеродного атома, соединённого только одинарными связями.
sp³-гибридизация описывает прежде всего расположение связей вокруг одного атома углерода. Форма всей молекулы может быть иной, особенно если в ней есть несколько атомов или неподелённые электронные пары. Также sp³ не означает наличие именно четырёх связей с водородом: углерод может быть связан с углеродом и другими атомами.
Какой угол приблизительно образуют две связи вокруг sp³-гибридизованного атома углерода?
Главное
- При sp³-гибридизации одна \(s\)- и три \(p\)-орбитали образуют четыре одинаковые гибридные орбитали.
- Связи вокруг sp³-гибридизованного углерода направлены к вершинам тетраэдра; угол между ними примерно \(109{,}5^\circ\).
- Для алканов со связями только одинарного типа характерны sp³-гибридизация углерода и \(\sigma\)-связи.