Sp3 гибридизация, что это?

$s{p}^3$-гибридизация — это гипотетический процесс смешивания одной $s$-орбитали и трех $p$-орбиталей центрального атома, приводящий к образованию четырех новых гибридных орбиталей, которые идентичны по своей форме и энергии. Этот процесс объясняет пространственное строение многих молекул, в частности органических соединений углерода. Механизм процесса В обычном состоянии атом углерода имеет электронную конфигурацию $1s^{2}2s^{2}2p^2$. При образовании связей один электрон с $2s$-подуровня переходит на свободную $2p$-орбиталь (возбужденное состояние).

1. Исходные орбитали: Одна сферическая $s$-орбиталь и три гантелеобразные $p$-орбитали ( $p_x,p_y,p_z$). Смешивание: Энергии этих орбиталей выравниваются. Результат: Образуются четыре $s{p}^3$-гибридные орбитали. Они выглядят как асимметричные объемные восьмерки, у которых одна лопасть значительно больше другой.

Геометрия молекулы Для минимизации сил отталкивания между электронами гибридные орбитали максимально удаляются друг от друга в пространстве.

• Форма: Тетраэдр.
• Угол связи: Валентный угол составляет примерно 109°28'.
• Направленность: Оси орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра, в центре которого находится ядро атома.

Примеры соединений Наиболее классическим примером является молекула метана ( $C{H}_4$):

• Атом углерода находится в центре.
• Четыре гибридные орбитали перекрываются с $s$-орбиталями четырех атомов водорода. Образуются четыре прочные $\sigma$-связи (сигма-связи).

Другие примеры:

• Этан ( $C_2{H}_6$): Оба атома углерода находятся в состоянии $s{p}^3$-гибридизации. Алмаз: Каждый атом углерода связан с четырьмя соседними, образуя жесткую трехмерную тетраэдрическую решетку. Вода ( $H_{2}O$) и Аммиак ( $N{H}_3$): Уровни энергии кислорода и азота в этих молекулах также близки к $s{p}^3$-типу, но из-за наличия неподеленных электронных пар углы немного отклоняются от идеальных 109,5°.

Основные характеристики $s{p}^3$-гибридизации

Если вам необходимо рассмотреть $s{p}^2$ или $sp$ типы гибридизации для сравнения, я могу составить аналогичный разбор для них.