Виды гибридизации атома углерода в органических соединениях

Гибридизация атомных орбиталей — это процесс смешения разных по типу, но близких по энергии орбиталей (s и p) центрального атома, в результате чего образуются новые гибридные орбитали, одинаковые по форме и энергии. Для атома углерода характерны три основных типа гибридизации, которые определяют геометрию молекул органических веществ. 1. $s{p}^3$-гибридизация (Тетраэдрическая) Этот тип гибридизации характерен для углерода, связанного только одинарными (сигма) связями.

• Процесс: Смешиваются одна $s$-орбиталь и три $p$-орбитали. Образуются четыре равноценные $s{p}^3$-гибридные орбитали. Геометрия: Тетраэдр. Углы между связями составляют 109°28'. Примеры: Алканы (метан $C{H}_4$, этан $C_2{H}_6$), циклоалканы, радикалы и функциональные группы, где углерод не образует кратных связей. Особенности: Все четыре электронные пары участвуют в образовании $\sigma$-связей. Это состояние обеспечивает максимальное удаление электронных облаков друг от друга в пространстве.

2. $s{p}^2$-гибридизация (Плоскостная) Наблюдается в соединениях, где атом углерода связан одной двойной связью.

• Процесс: Смешиваются одна $s$-орбиталь и две $p$-орбитали. Образуются три гибридные орбитали, а одна $p$-орбиталь остается негибридизованной. Геометрия: Плоский треугольник. Углы между гибридными орбиталями составляют 120°. Примеры: Алкены (этилен $C_2{H}_4$), арены (бензол $C_6{H}_6$), карбонильные соединения (альдегиды и кетоны). Особенности: Три гибридные орбитали образуют $\sigma$-связи в одной плоскости. Негибридизованная $p$-орбиталь располагается перпендикулярно этой плоскости и участвует в образовании $\pi$-связи (вторая составляющая двойной связи).

3. $sp$-гибридизация (Линейная) Характерна для соединений, где углерод связан одной тройной связью или двумя двойными связями у одного атома.

• Процесс: Смешиваются одна $s$-орбиталь и одна $p$-орбиталь. Образуются две гибридные орбитали, две $p$-орбитали остаются негибридизованными. Геометрия: Линейная. Угол между гибридными орбиталями составляет 180°. Примеры: Алкины (ацетилен $C_2{H}_2$), алкадиены с кумулированными связями (аллен $C{H}_2=C=C{H}_2$, центральный атом), нитрилы. Особенности: Две гибридные орбитали направлены в противоположные стороны, образуя $\sigma$-связи. Две негибридизованные $p$-орбитали расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и образуют две $\pi$-связи.

Сравнительная таблица

Я могу составить для вас таблицу с примерами распределения электронов по орбиталям для каждого типа гибридизации или разобрать конкретный пример сложной молекулы.