«Типы гибридизации: sp-, sp2-, sp3-.

Подраздел учебной программы

           «Типы гибридизации: sp-, sp2-, sp3-.

«Лабораторная работа №1 «Составление моделей веществ с ковалентной связью (N₂, О₂, алмаз)»            

Цели обучения:

10.1.4.4 объяснять различие видов гибридизации;

10.1.4.5 объяснять взаимосвязь строения и свойств веществ

Цели урока  :  уметь объяснять   образование π –связи и Ϭ –связи в гибридных в атомных орбиталях  при sp, sp², sp³ гибридизации.

- знать основные характеристики  sp, sp², sp³ гибридизации.

-прогнозировать свойства вещества, зная его строение

Вопрос или проблема

Зависит ли прочность  химической связи от типа гибридизации?

Источники или данные

Прочность связи можно определить по тому, сколько энергии требуется для разрыва связи (энтальпия связи). Поскольку мы все знаем из нашей базовой органической химии, тройную связь трудно разорвать, и она не сгибается, поэтому для разрыва требуется много энергии.

Другой критерий: чем больше электронов связи, тем сильнее связь.И еще одна вещь, которая заключается в том, что в тройной и двойной связи присутствуют пи-связи, чтобы избежать свободного вращения, в то время как в одинарной связи присутствует только сигма-связь, которая легко вращается.

Тройная связь> двойная связь> одинарная связь

Образование связей - это балансирование между дополнительной стабильностью перекрытия электронных орбиталей и нестабильностью сближения положительных ядер. Но чем ближе они друг к другу, тем труднее приблизить их еще ближе (поскольку отталкивание регулируется законом обратных квадратов). Поскольку отталкивание увеличивается быстрее, чем добавленная стабильность, вторая π-связь несколько слабее первой.

• C–C: 345 кДж / моль
• C = C: 611 кДж / моль (приращение от образования первой π-связи: 266 кДж / моль)
• C≡ C: 837 кДж / моль (приращение от образования второй π-связи: 226 кДж / моль)

Единственное “почему”, которое здесь имеет какой-либо смысл, может быть: “Почему вторая π-связь слабее первой π-связи?” Чтобы ответить на это , нам нужно рассмотреть длины связей.

По мере увеличения порядка связи длина связи уменьшается. Тройная связь является самой короткой из трех.

Образование связей - это балансирование между дополнительной стабильностью перекрытия электронных орбиталей и нестабильностью сближения положительных ядер. Но чем ближе они друг к другу, тем труднее приблизить их еще ближе (поскольку отталкивание регулируется законом обратных квадратов). Поскольку отталкивание увеличивается быстрее, чем добавленная стабильность, вторая π-связь несколько слабее первой.

Длина связи двойной связи - это расстояние между двумя атомами углерода в этене (см. Выше). Тот факт, что она создает двойную связь, не означает, что обе π- и α-связи не суммируются. Размер связей зависит от силы связей, и поскольку тройные связи создают более прочную связь, чем двойные, мы можем предсказать, что связь будет короче. Сила сводится к тому, сколько электронов распределяется между двумя атомами, в двойной ковалентной связи 4 электрона разделяются, в то время как тройные ковалентные связи разделяют 6 электронов между собой. Это приводит к увеличению притяжения друг к другу ядер по мере увеличения отрицательного заряда.

Подводя итог:

• тройные связи короче двойных связей, исходя из расстояния между двумя атомами, разделяющими 6 электронов друг с другом.
• помните, что длина связи не означает, что длина каждой отдельной связи умножается на 3 в тройной связи, а в двойной она не умножается на 2

Сигма – связи образуются при перекрывании облаков вдоль линии, проходящей через ядра атомов.

Пи – связи возникают при перекрывании облаков по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов.

https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.9f2b71fc-62b4205a-4798c9af-74722d776562/https/www.quora.com/Why-is-a-triple-bond-and-a-double-bond-stronger-than-a-single-bond

Задание высокого уровня

Воздушные гимнасты

Воздушные гимнасты — одни из сильнейших спортсменов в мире. Во время выступления они завораживают своими сложными трюками, смелостью, бесстрашием и ловкостью. Работа без страховки требует сосредоточенности, профессионализма и силы. Нужно дополнительно развивать выносливость, устойчивость, баланс, мощь и мускульную силу, силу хвата в сцеплении руками или ногами. Казалось бы, какая может быть классификация хвата. Но существует три основных вида  хвата, от развития которых существенно меняется качество тренировок воздушного гимнаста, а именно: сдавливающий (сдавливание в ладони), пальцевой (развитие силы большого пальца) и силовой хват (взятие веса и удержание в руках). Все они влияют на длительное удержание  не только  собственного веса на высоте, но и своего партнера. Энергетика тела распределяется равномерно независимо от сложности фигуры и таким образом достигается точка равновесия. Глядя на фотографии выше, вы сами можете определить, где гимнастам удержаться в таких сложных фигурах легче: там,  где глубже  и сильнее хват, независимо от положения тела в пространстве.  И это так напоминает типы химической связи в зависимости от гибридизации- одинарная, двойная и тройная.  Давайте постараемся перенести свои знания в область строения органических веществ и образования в них химической связи.

Представьте гипотетически , что вам дана молекула органического вещества:

5             4          3         2             1             

СН=- С –СН₂ - СН = СН - СН₂ -ОН.  

а) Чем интересна данная молекула?

б) Все ли атомы углерода в молекуле подверглись гибридизации?

в)Можно  ли утверждать, что данная молекула будет реакционноспособна?

г)Какой тип химических реакций характерен для молекулы?

Почему вы так решили?

е) Опираясь на  органическое вещество ,заполните таблицу:

Примерное видение ответа с т.зр. оценки PISA

Сигма – связи образуются при перекрывании облаков вдоль линии, проходящей через ядра атомов, следовательно σ–  связи образуются при перекрывании  s-s  и p-p электронных облаков по оси Х, и мы  можем показать общий радиус атомов  и т.д.

Пи – связи возникают при перекрывании облаков по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов, следовательно  π– связи  образуются при перекрывании электронных облаков по оси У  и мы не можем показать общий радиус атомов…и т.д.

В молекуле присутствуют все три типа связи, все атомы углерода подверглись гибридизации. Молекула будет реакционноспособна прежде всего по группе спиртов. Это вещество будет вступать в реакции присоединения, замещения.