Marami kaming sinabihan tungkol sa mga hybrid. Ang parehong mga pelikula at libro ay nagsasabi tungkol sa kanila, pati na rin ang agham na sinusuri ang mga ito. Sa unang dalawang pinagmumulan, ang mga hybrid ay lubhang mapanganib na mga nilalang. Maaari silang magdala ng labis na kasamaan. Ngunit ang hybridization ay hindi palaging isang masamang bagay. Kadalasan ito ay mabuti.

Ang isang halimbawa ng hybridization ay ang lahat. Lahat tayo ay hybrid ng dalawang tao - ama at ina. Kaya, ang pagsasanib ng isang itlog at isang sperm cell ay isa ring uri ng hybridization. Ang mekanismong ito ang nagpapahintulot sa ebolusyon na gumalaw. Sa kasong ito, nangyayari rin ang hybridization na may negatibong tanda. Tingnan natin ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa kabuuan.

Pag-unawa sa hybridization

Gayunpaman, hindi lamang biology ang kasama konseptong ito... At hayaan sa panimula ang isang halimbawa ay isinasaalang-alang sa mga hybrid bilang ganap na mga indibidwal ng isang hindi maintindihan na biological species. Bukod dito, ang konseptong ito ay maaaring gamitin sa ibang mga agham. At ang kahulugan ng terminong ito ay bahagyang naiiba. Ngunit sa parehong oras, mayroong isang bagay na karaniwan. Ito ang salitang "unyon", na pinag-iisa ang lahat ng posibleng kahulugan ng terminong ito.

Saan umiiral ang konseptong ito?

Ang terminong "hybridization" ay ginagamit sa isang bilang ng mga agham. At dahil ang karamihan sa kasalukuyang umiiral na mga disiplina ay magkakapatong, maaari nating ligtas na pag-usapan ang tungkol sa paggamit ng bawat kahulugan ng terminong ito sa anumang agham, isang paraan o iba pang nauugnay sa mga sangay ng natural na pananaliksik. Bukod dito, ang terminong ito ay pinaka-aktibong ginagamit sa:

1. Biology. Dito nagmula ang konsepto ng hybrid. Bagaman, gaya ng dati, kapag lumipat mula sa agham patungo sa araw-araw na pamumuhay nagkaroon ng ilang pagbaluktot ng mga katotohanan. Naiintindihan namin ang isang hybrid bilang isang indibidwal na nagreresulta mula sa pagtawid ng dalawang iba pang mga species. Bagama't hindi ito palaging nangyayari.
2. Chemistry. Ang konseptong ito ay nangangahulugan ng paghahalo ng ilang mga orbital - isang uri ng mga landas para sa paggalaw ng mga electron.
3. Biochemistry. Dito, ang pangunahing konsepto ay ang hybridization ng DNA.

Tulad ng makikita mo, ang ikatlong punto ay nasa kantong ng dalawang agham. At ito ay ganap na normal na pagsasanay. Ang isa at ang parehong termino ay maaaring bumuo ng isang ganap na naiibang kahulugan sa junction ng dalawang agham. Tingnan natin ang konsepto ng hybridization sa mga agham na ito.

Ano ang hybrid?

Ang hybrid ay isang nilalang na nilikha sa pamamagitan ng proseso ng hybridization. Ang konseptong ito ay tumutukoy sa biology. Ang mga hybrid ay maaaring magawa alinman sa aksidente o sa layunin. Sa unang kaso, maaari itong maging mga hayop na nilikha sa proseso ng pagsasama ng dalawang species ng mga nilalang.

Halimbawa, pinag-uusapan nila ang katotohanan na ang mga pusa at aso ay may mga anak na hindi isa sa kanila. Minsan ang mga hybrid ay sadyang nilikha. Halimbawa, kapag ang isang cherry ay nakakabit sa isang aprikot, nakikitungo kami sa isang espesyal na hybridization lamang.

Hybridization sa biology

Biology - kawili-wiling agham... At ang konsepto ng hybridization sa loob nito ay hindi gaanong kaakit-akit. Ang terminong ito ay nangangahulugan ng unyon ng genetic material ng iba't ibang mga cell sa isa. Maaari itong maging parehong kinatawan ng isang species, o ilang. Alinsunod dito, mayroong isang dibisyon sa naturang hybridization varieties.

• Intraspecific hybridization. Ito ay kapag ang dalawang indibidwal ng parehong species ay lumikha ng isang inapo. Ang isang halimbawa ng intraspecific hybridization ay maaaring ituring na isang tao. Ito ay lumabas sa proseso ng pagsasanib ng mga cell ng mikrobyo ng mga kinatawan ng isang biological species.
• Interspecies hybridization. Ito ay kapag magkatulad, ngunit kabilang sa iba't ibang mga species, ang mga hayop ay interbred. Halimbawa, isang hybrid ng isang kabayo at isang zebra.
• Malayong hybridization. Ito ay kapag ang mga kinatawan ng kahit isang species ay nag-interbreed, ngunit sa parehong oras ay hindi sila pinagsama ng mga ugnayan ng pamilya.

Ang bawat isa sa mga uri na ito ay nakakatulong nang higit pa sa ebolusyon. Ang mga siyentipiko ay aktibong nagsisikap na mag-breed iba't ibang uri Buhay na nilalang. Pinakamahusay na gumagana sa mga halaman. Mayroong ilang mga dahilan para dito:

• Iba't ibang bilang ng mga chromosome. Ang bawat species ay hindi lamang isang tiyak na bilang ng mga chromosome, kundi pati na rin ang kanilang set. Ang lahat ng ito ay nakakasagabal sa pagpaparami ng mga supling.
• Ang mga hybrid na halaman lamang ang maaaring magparami. At hindi palaging ganoon ang kaso.
• Ang mga halaman lamang ang maaaring maging polyploid. Para magparami ang isang halaman, dapat itong maging polyploid. Sa kaso ng mga hayop, ito ay tiyak na kamatayan.
• Posibilidad ng vegetative hybridization. Ito ay napaka-simple at maginhawang paraan paglikha ng mga hybrid ng ilang mga halaman.

Ito ang mga dahilan kung bakit mas madali at mas mahusay ang pagtawid sa dalawang halaman. Sa kaso ng mga hayop, maaaring posible sa hinaharap na makamit ang posibilidad ng pagpaparami. Ngunit sa ngayon, ang opinyon ay itinuturing na opisyal sa biology na ang mga hybrid na hayop ay nawawalan ng kakayahang magparami, dahil ang mga indibidwal na ito ay genetically unstable. Samakatuwid, hindi alam kung ano ang maaaring humantong sa kanilang pagpaparami.

Mga uri ng hybridization sa biology

Ang biology ay isang medyo malawak na agham sa pagdadalubhasa nito. Mayroong dalawang uri ng hybridization, na ibinibigay nito:

1. Genetic. Ito ay kapag ang isa sa dalawang cell ay ginawa gamit ang isang natatanging hanay ng mga chromosome.
2. Biochemical. Ang isang halimbawa ng ganitong uri ay ang DNA hybridization. Ito ay kapag ang mga pantulong na nucleic acid ay pinagsama sa isang DNA.

Maaaring hatiin sa malaking dami barayti. Ngunit ginawa namin ito sa nakaraang subsection. Kaya, ang malayo at intraspecific na hybridization ay mga bahagi ng unang uri. At doon mas lumawak ang klasipikasyon.

Ang konsepto ng vegetative hybridization

Ang vegetative hybridization ay isang konsepto sa biology na nangangahulugan ng isang uri ng pagtawid ng dalawang halaman kung saan ang bahagi ng isang species ay nag-ugat sa isa pa. Iyon ay, ang hybridization ay nangyayari sa pamamagitan ng pagsasama ng dalawa iba't ibang parte organismo. Oo, ganyan ang katangian ng isang halaman. Pagkatapos ng lahat, mayroon din siyang sariling mga organo, na pinagsama sa isang buong sistema. Samakatuwid, kung ang isang halaman ay tinatawag na isang organismo, walang masama doon.

Ang vegetative hybridization ay may ilang mga pakinabang. ito:

• Kaginhawaan.
• pagiging simple.
• Kahusayan.
• Praktikal.

Ang mga pakinabang na ito ay gumagawa ng ganitong uri ng pagtawid na napakapopular sa mga hardinero. Mayroon ding isang bagay tulad ng somatic hybridization. Ito ay kapag hindi mga sex cell ang natawid, ngunit ang mga somatic cell, o sa halip, ang kanilang mga protoplast. Ang pamamaraang ito ang pagtawid ay isinasagawa kapag imposibleng lumikha ng isang hybrid sa pamamagitan ng karaniwang pakikipagtalik sa pagitan ng ilang mga halaman.

Hybridization sa kimika

Ngunit ngayon ay umatras tayo ng kaunti mula sa biology at pag-uusapan ang tungkol sa isa pang agham. Ang Chemistry ay may sariling konsepto, ito ay tinatawag na "hybridization atomic orbitals". Ito ay isang napakakomplikadong termino, ngunit kung naiintindihan mo ng kaunti sa kimika, kung gayon walang kumplikado dito. Una kailangan mong ipaliwanag kung ano ang isang orbital.

Ito ay isang uri ng landas kung saan gumagalaw ang elektron. Itinuro sa amin ito sa paaralan. At kung ito ang mangyayari na ang orbital data iba't ibang uri paghaluin, makakakuha ka ng isang hybrid. May tatlong uri ng phenomenon na tinatawag na orbital hybridization. Ito ang mga sumusunod na varieties:

• sp-hybridization - isa s at isa pa p orbital;
• sp 2 -hybridization - isa s at dalawang p orbital;
• sp 3 -hybridization - isa s at tatlong p orbital ay konektado.

Ang paksang ito ay sapat na mahirap pag-aralan, at dapat itong isaalang-alang na hindi mapaghihiwalay mula sa natitirang bahagi ng teorya. Bukod dito, ang konsepto ng hybridization ng mga orbital ay higit na nag-aalala sa katapusan ng paksang ito, at hindi sa simula. Pagkatapos ng lahat, kailangan mong pag-aralan ang mismong konsepto ng mga orbital, kung ano ang mga ito, at iba pa.

mga konklusyon

Kaya, nalaman namin ang mga kahulugan ng konsepto ng "hybridization". Ito ay lumalabas na medyo kawili-wili. Para sa marami, ito ay isang pagtuklas na ang kimika ay mayroon ding ganitong konsepto. Ngunit kung hindi ito alam ng gayong mga tao, ano ang matututuhan nila? At kaya, mayroong pag-unlad. Mahalagang huwag ihinto ang pagsasanay sa iyong karunungan, dahil tiyak na makikilala ka nito mula sa mabuting panig.

Sp-hybridization

Ang sp-hybridization ay nagaganap, halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng mga halides Be, Zn, Co at Hg (II). Sa valence state, lahat ng metal halides ay naglalaman ng s at p-unpaired na mga electron sa kaukulang antas ng enerhiya. Kapag nabuo ang isang molekula, ang isang s- at isang p-orbital ay bumubuo ng dalawang hybrid na sp-orbital sa isang anggulo na 180 °.

Larawan 3 sp hybrid na orbital

Ipinapakita ng pang-eksperimentong data na ang lahat ng Be, Zn, Cd at Hg (II) halides ay linear at ang parehong mga bono ay may parehong haba.

sp 2 -hybridization

Bilang resulta ng hybridization ng isang s-orbital at dalawang p-orbitals, tatlong hybrid sp 2 -orbitals ang nabuo, na matatagpuan sa parehong eroplano sa isang anggulo ng 120 ° sa bawat isa. Ito ay, halimbawa, ang pagsasaayos ng molekula ng BF 3:

Larawan 4 sp 2 -hybridization

sp 3 -hybridization

sp 3 -hybridization ay katangian ng mga carbon compound. Bilang resulta ng hybridization ng isang s-orbital at tatlo

p-orbitals, apat na hybrid sp 3 -orbitals ang nabuo, na nakadirekta sa vertices ng tetrahedron na may anggulo sa pagitan ng mga orbital na 109.5 o. Ang hybridization ay nagpapakita ng sarili sa kumpletong pagkakapareho ng mga bono ng carbon atom sa iba pang mga atomo sa mga compound, halimbawa, sa CH 4, CCl 4, C (CH 3) 4, atbp.

Larawan 5 sp 3 -hybridization

Kung ang lahat ng mga hybrid na orbital ay nakatali sa parehong mga atomo, kung gayon ang mga bono ay hindi naiiba sa bawat isa. Sa ibang mga kaso, may mga maliliit na paglihis mula sa karaniwang mga anggulo ng bono. Halimbawa, sa H2O water molecule oxygen ay sp 3 -hybrid, na matatagpuan sa gitna ng isang irregular tetrahedron, sa vertices kung saan ang dalawang hydrogen atoms at dalawang nag-iisang pares ng mga electron ay "tumingin" (Fig. 2). Ang hugis ng molekula ay angular kung titingnan mula sa mga sentro ng mga atomo. Ang anggulo ng bono HOH ay 105 о, na medyo malapit sa teoretikal na halaga ng 109 о.

Larawan 6 sp 3 -hybridization ng oxygen at nitrogen atoms sa mga molekula a) H 2 O at b) NCl 3.

Kung hindi nangyari ang hybridization ("alignment" O-H bond), ang anggulo ng bono HOH ay magiging 90 °, dahil ang mga atomo ng hydrogen ay ikakabit sa dalawang magkaparehong patayo na p-orbital. Sa kasong ito, maaaring magmukhang ganap na iba ang ating mundo.

Ipinapaliwanag ng teorya ng hybridization ang geometry ng molekula ng ammonia. Bilang resulta ng hybridization ng 2s at tatlong 2p nitrogen orbitals, apat na hybrid sp 3 orbitals ang nabuo. Ang pagsasaayos ng molekula ay isang baluktot na tetrahedron, kung saan tatlong hybrid na orbital ang kasangkot sa pagbuo. kemikal na dumidikit, at ang pang-apat na may isang pares ng mga electron ay hindi. Mga anggulo sa pagitan mga bono N-H hindi katumbas ng 90 о tulad ng sa isang pyramid, ngunit hindi rin katumbas ng 109.5 о, na katumbas ng isang tetrahedron.

Larawan 7 sp 3 - hybridization sa molekula ng ammonia

Kapag ang ammonia ay nakikipag-ugnayan sa isang hydrogen ion, bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng donor-acceptor, isang ammonium ion ay nabuo, ang pagsasaayos nito ay isang tetrahedron.

Ipinapaliwanag din ng hybridization ang pagkakaiba sa anggulo sa pagitan ng mga O - H bond sa angular na molekula ng tubig. Bilang resulta ng hybridization ng 2s at tatlong 2p oxygen orbitals, apat na hybrid sp 3 orbitals ang nabuo, kung saan dalawa lamang ang kasangkot sa pagbuo ng isang kemikal na bono, na humahantong sa isang pagbaluktot ng anggulo na tumutugma sa tetrahedron.

Larawan 8 sp 3 -hybridization sa molekula ng tubig

Maaaring kabilang sa hybridization hindi lamang ang s at p, kundi pati na rin ang d at f orbitals.

Sa sp 3 d 2 -hybridization, 6 na katumbas na ulap ang nabuo. Ito ay sinusunod sa mga compound tulad ng 4-, 4-. Sa kasong ito, ang molekula ay may pagsasaayos ng isang octahedron.

Konsepto ng hybridization

Ang konsepto ng hybridization ng valence atomic orbitals ay iminungkahi ng Amerikanong chemist na si Linus Pauling na sagutin ang tanong kung bakit, kapag ang gitnang atom ay may iba't ibang (s, p, d) valence orbitals, ang mga bono na nabuo nito sa mga polyatomic molecule na may parehong ligand ay katumbas ng kanilang enerhiya at spatial na katangian. .

Ang konsepto ng hybridization ay sentro ng valence bond method. Ang hybridization mismo ay hindi isang tunay na pisikal na proseso, ngunit lamang maginhawang modelo, na ginagawang posible na ipaliwanag ang elektronikong istraktura ng mga molekula, sa partikular, mga hypothetical na pagbabago ng mga atomic orbital sa panahon ng pagbuo ng isang covalent chemical bond, lalo na, ang pagkakahanay ng mga haba ng mga bono ng kemikal at mga anggulo ng bono sa isang molekula.

Ang konsepto ng hybridization ay matagumpay na nailapat sa husay na paglalarawan ng mga simpleng molekula, ngunit kalaunan ay pinalawak sa mas kumplikadong mga. Hindi tulad ng teorya ng molecular orbitals, hindi ito mahigpit na quantitative, halimbawa, hindi nito mahulaan ang photoelectron spectra ng kahit na simpleng mga molekula gaya ng tubig. Ito ay kasalukuyang ginagamit pangunahin para sa mga layuning metodolohikal at sa sintetikong organikong kimika.

Ang prinsipyong ito ay makikita sa teorya ng pagtanggi ng mga pares ng elektron Gillespie - Nyholm. Una at karamihan mahalagang tuntunin na nabuo tulad ng sumusunod:

"Ang mga pares ng elektron ay kumukuha ng ganoong pag-aayos sa valence shell ng atom, kung saan ang mga ito ay pinakamalayo sa isa't isa, iyon ay, ang mga pares ng elektron ay kumikilos na parang pareho silang nagtataboy."

Ang pangalawang panuntunan ay iyon "Ang lahat ng mga pares ng elektron na kasama sa valence electron shell ay itinuturing na matatagpuan sa parehong distansya mula sa nucleus".

Mga uri ng hybridization

sp hybridization

Nangyayari kapag ang isang s- at isang p-orbital ay pinaghalo. Dalawang katumbas na sp-atomic orbital ang nabuo, na matatagpuan nang linear sa isang anggulo na 180 degrees at nakadirekta sa iba't ibang direksyon mula sa nucleus ng carbon atom. Ang dalawang natitirang di-hybrid na p-orbital ay matatagpuan sa magkabilang patayo na mga eroplano at lumalahok sa pagbuo ng mga π-bond, o nakikisali sa nag-iisang mga pares ng elektron.

sp 2 -hybridization

Nangyayari kapag pinaghalo ang isa s at dalawang p orbital. Ang tatlong hybrid na orbital ay nabuo gamit ang mga palakol na matatagpuan sa parehong eroplano at nakadirekta sa mga vertices ng tatsulok sa isang anggulo ng 120 degrees. Ang non-hybrid p-atomic orbital ay patayo sa eroplano at, bilang panuntunan, nakikilahok sa pagbuo ng mga π-bond.

sp 3 -hybridization

Ito ay nangyayari kapag ang isang s- at tatlong p-orbital ay pinaghalo, na bumubuo ng apat na sp3-hybrid na orbital na may pantay na hugis at enerhiya. Maaari silang bumuo ng apat na σ-bond sa ibang mga atomo o mapuno ng nag-iisang pares ng mga electron.

Ang mga palakol ng sp3-hybrid orbital ay nakadirekta patungo sa mga vertices ng isang regular na tetrahedron. Ang anggulo ng tetrahedral sa pagitan ng mga ito ay 109 ° 28 ", na tumutugma sa pinakamababang nakakasuklam na enerhiya ng mga electron. Gayundin, ang mga sp3-orbital ay maaaring bumuo ng apat na σ-bond sa ibang mga atomo o mapupunan ng mga nag-iisang pares ng mga electron.

Hybridization at molecular geometry

Ang konsepto ng hybridization ng atomic orbitals ay sumasailalim sa teorya ng repulsion ng mga pares ng elektron na si Gillespie-Nicholm. Ang bawat uri ng hybridization ay tumutugma sa isang mahigpit na tinukoy na spatial na oryentasyon ng mga hybrid na orbital ng gitnang atom, na nagpapahintulot na ito ay magamit bilang batayan ng mga stereochemical na konsepto sa inorganic na kimika.

Ang talahanayan ay nagpapakita ng mga halimbawa ng pagsusulatan sa pagitan ng pinakakaraniwang uri ng hybridization at ang geometriko na istraktura ng mga molekula sa pag-aakalang lahat ng hybrid na orbital ay kasangkot sa pagbuo ng mga kemikal na bono (walang nag-iisang pares ng elektron).

Uri ng hybridization	Numero mga hybrid na orbital	Geometry	Istruktura	Mga halimbawa ng
sp	2	Linear		BeF 2, CO 2, NO 2 +
sp 2	3	tatsulok		BF 3, NO 3 -, CO 3 2-
sp 3	4	Tetrahedral		CH 4, ClO 4 -, SO 4 2-, NH 4 +
dsp 2	4	Kuwadrado		Ni (CO) 4, XeF 4
sp 3 d	5	Hexahedral		PCl 5, AsF 5
sp 3 d 2	6	Octahedral		SF 6, Fe (CN) 6 3-, CoF 6 3-

Mga link

Panitikan

• Pauling L. Ang likas na katangian ng chemical bond / Per. mula sa Ingles M. E. Dyatkina. Ed. ang prof. Ya.K. Syrkin. - M .; L .: Goskhimizdat, 1947 .-- 440 p.
• Pauling L. pangkalahatang kimika... Per. mula sa Ingles - M .: Mir, 1974 .-- 846 p.
• Minkin V.I., Simkin B. Ya., Minyaev R.M. Ang teorya ng istraktura ng mga molekula. - Rostov-on-Don: Phoenix, 1997 .-- S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7
• Gillespie R. Geometry ng mga molekula / Per. mula sa Ingles E. Z. Zasorin at V. S. Mastryukov, ed. Yu.A. Pentina. - M .: Mir, 1975 .-- 278 p.

Tingnan din

Mga Tala (edit)

Wikimedia Foundation. 2010.

pagpapatuloy. Tingnan ang simula sa № 15, 16/2004

Aralin 5. Hybridization
atomic orbitals ng carbon

Ang isang covalent chemical bond ay nabuo gamit ang karaniwang bonding electron pairs ng uri:

Bumuo ng chemical bond, i.e. ang mga hindi magkapares na electron lamang ang maaaring lumikha ng isang karaniwang pares ng elektron na may "alien" na elektron mula sa isa pang atom. Kapag nagsusulat ng mga elektronikong formula, ang mga hindi magkapares na electron ay matatagpuan nang paisa-isa sa orbital cell.
Atomic orbital Ay isang function na naglalarawan sa density ng isang electron cloud sa bawat punto sa espasyo sa paligid ng nucleus ng isang atom. Ang electron cloud ay isang rehiyon ng espasyo kung saan matatagpuan ang isang electron na may mataas na posibilidad.
Upang mapagkasundo ang elektronikong istraktura ng carbon atom at ang valence ng elementong ito, ginagamit ang konsepto ng paggulo ng isang carbon atom. Sa normal (hindi nasasabik) na estado, ang isang carbon atom ay may dalawang hindi magkapares na 2 R 2 -elektron. Sa isang nasasabik na estado (kapag ang enerhiya ay hinihigop) isa sa 2 s 2 -electrons ay maaaring pumunta sa libre R-orbital. Pagkatapos ay lumilitaw ang apat na hindi magkapares na electron sa carbon atom:

Alalahanin na sa electronic formula ng isang atom (halimbawa, para sa carbon 6 С - 1 s 2 2s 2 2p 2) malalaking numero sa harap ng mga titik - 1, 2 - ipahiwatig ang bilang ng antas ng enerhiya. Mga liham s at R ipahiwatig ang hugis ng electron cloud (orbital), at ang mga numero sa kanan sa itaas ng mga titik ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga electron sa orbital na iyon. Lahat s- spherical orbitals:

Sa pangalawang antas ng enerhiya, maliban sa 2 s-may tatlong orbital 2 R-orbital. Ang 2 na ito R-Ang mga orbital ay may ellipsoidal na hugis, katulad ng mga dumbbells, at naka-orient sa espasyo sa isang anggulo na 90 ° sa bawat isa. 2 R-Ang mga orbital ay nangangahulugang 2 p x, 2p y at 2 p z ayon sa mga axes kung saan matatagpuan ang mga orbital na ito.

Kapag nabuo ang mga bono ng kemikal, ang mga orbital ng elektron ay nakakakuha ng parehong hugis. Kaya, sa saturated hydrocarbons isa mix s-orbital at tatlo R-orbitals ng isang carbon atom na may pagbuo ng apat na magkapareho (hybrid) sp 3-orbital:

ito- sp 3-hybridization.
Hybridization- pagkakahanay (paghahalo) ng atomic orbitals ( s at R) na may pagbuo ng mga bagong atomic orbital, na tinatawag na mga hybrid na orbital.

Ang mga hybrid na orbital ay may asymmetric na hugis, na pinahaba patungo sa nakakabit na atom. Ang mga ulap ng elektron ay nagtataboy sa isa't isa at matatagpuan sa kalawakan na malayo sa isa't isa hangga't maaari. Sa kasong ito, ang mga palakol ng apat sp 3-mga hybrid na orbital lumabas na nakadirekta sa vertices ng tetrahedron (regular triangular pyramid).
Alinsunod dito, ang mga anggulo sa pagitan ng mga orbital na ito ay tetrahedral, katumbas ng 109 ° 28 ".
Ang mga vertex ng mga orbital ng elektron ay maaaring mag-overlap sa mga orbital ng iba pang mga atom. Kung ang mga ulap ng elektron ay magkakapatong sa linya na nagkokonekta sa mga sentro ng mga atomo, kung gayon ang naturang covalent bond ay tinatawag na sigma () - komunikasyon... Halimbawa, sa isang C 2 H 6 ethane molecule, isang kemikal na bono ang nabuo sa pagitan ng dalawang carbon atoms sa pamamagitan ng overlapping ng dalawang hybrid na orbital. Ito ay isang koneksyon. Bilang karagdagan, ang bawat isa sa mga carbon atom ay may sariling tatlo sp Ang 3-orbital ay nagsasapawan sa s-orbital ng tatlong hydrogen atoms, na bumubuo ng tatlong -bond.

Sa kabuuan, tatlong valence state na may iba't ibang uri ng hybridization ang posible para sa isang carbon atom. maliban sa sp Mayroong 3-hybridization sp 2 - at sp-hybridization.
sp 2 -Hybridization- paghahalo ng isa s- at dalawa R-mga orbital. Bilang isang resulta, tatlong hybrid sp 2 -orbital. Ang mga ito sp Ang 2 -orbital ay matatagpuan sa parehong eroplano (na may mga axes NS, sa) at nakadirekta sa mga vertices ng tatsulok na may anggulo sa pagitan ng mga orbital na 120 °. Unhybridized
R-orbital na patayo sa eroplano ng tatlong hybrid sp 2 -orbitals (naka-orient sa kahabaan ng axis z). Itaas na kalahati R-orbital ay nasa itaas ng eroplano, ang mas mababang kalahati ay nasa ibaba ng eroplano.
Uri ng sp Ang 2-hybridization ng carbon ay nangyayari sa mga compound na may double bond: C = C, C = O, C = N. Bukod dito, isa lamang sa mga bono sa pagitan ng dalawang atomo (halimbawa, C = C) ang maaaring maging isang bono. (Ang iba pang mga bonding orbital ng atom ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon.) Ang pangalawang bono ay nabuo sa pamamagitan ng magkakapatong na non-hybrid R-mga orbital sa magkabilang gilid ng linyang nag-uugnay sa atomic nuclei.

Covalent bond na nabuo sa pamamagitan ng lateral overlap R-tinatawag na mga orbital ng katabing carbon atoms pi () - komunikasyon.

Edukasyon -koneksyon

Dahil sa mas kaunting overlapping ng mga orbital, ang β-bond ay hindi gaanong malakas kaysa sa β-bond.
sp-Hybridization Ay paghahalo (alignment sa hugis at enerhiya) ng isa s- at isa
R-orbitals na may pagbuo ng dalawang hybrid sp-mga orbital. sp-Ang mga orbital ay matatagpuan sa parehong linya (sa isang anggulo ng 180 °) at nakadirekta sa magkasalungat na direksyon mula sa nucleus ng carbon atom. Dalawa
R-nananatiling unhybridized ang mga orbital. Ang mga ito ay inilagay sa isa't isa patayo
direksyon ng komunikasyon. Sa larawan sp-Ang mga orbital ay ipinapakita sa kahabaan ng axis y, at unhybridized dalawa
R-orbitals - kasama ang mga palakol NS at z.

Ang CC triple carbon-carbon bond ay binubuo ng isang β-bond na nagmumula sa overlapping
sp-hybrid orbitals, at dalawang -bond.
Ang kaugnayan sa pagitan ng mga naturang parameter ng carbon atom bilang ang bilang ng mga nakakabit na grupo, ang uri ng hybridization at ang mga uri ng kemikal na bono na nabuo ay ipinapakita sa Talahanayan 4.

Talahanayan 4

Covalent carbon bond

Bilang ng mga pangkat kaugnay may carbon	Uri ng hybridization	Mga uri nakikilahok mga bono ng kemikal	Mga halimbawa ng compound formula
4	sp 3	Apat - kurbatang
3	sp 2	Tatlong - kurbatang at isa - bono
2	sp	Dalawang - kurbatang at dalawang -koneksyon	H – CC – H

Mga ehersisyo.

1. Anong mga electron ng mga atomo (halimbawa, carbon o nitrogen) ang tinatawag na unpaired?

2. Ano ang ibig sabihin ng konsepto ng "karaniwang mga pares ng elektron" sa mga compound na may covalent bond (halimbawa, CH 4 o H 2 S )?

3. Ano ang mga elektronikong estado ng mga atom (halimbawa, C o N ) ay tinatawag na basic, at alin ang nasasabik?

4. Ano ang ibig sabihin ng mga numero at letra sa electronic formula ng atom (halimbawa, C o N )?

5. Ano ang atomic orbital? Ilang orbital sa pangalawang antas ng enerhiya ng atom C at paano sila nagkakaiba?

6. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng mga hybrid na orbital at ang orihinal na mga orbital kung saan sila nabuo?

7. Anong mga uri ng hybridization ang kilala para sa isang carbon atom at ano ang mga ito?

8. Gumuhit ng larawan ng spatial arrangement ng mga orbital para sa isa sa mga elektronikong estado ng carbon atom.

9. Ano ang tawag sa mga chemical bond at ano? Mangyaring ipahiwatig-at-mga koneksyon sa mga koneksyon:

10. Para sa mga carbon atom ng mga compound sa ibaba, ipahiwatig ang: a) ang uri ng hybridization; b) ang mga uri ng mga kemikal na bono nito; c) mga anggulo ng bono.

Mga sagot sa mga pagsasanay para sa paksa 1

Aralin 5

1. Ang mga electron na isa-isa sa orbital ay tinatawag hindi magkapares na mga electron... Halimbawa, sa electron diffraction formula ng isang excited na carbon atom, mayroong apat na hindi magkapares na electron, habang ang nitrogen atom ay may tatlo:

2. Dalawang electron na nakikilahok sa pagbuo ng isang kemikal na bono ay tinatawag karaniwang elektronikong pares... Karaniwan, bago ang pagbuo ng isang bono ng kemikal, ang isa sa mga electron ng pares na ito ay kabilang sa isang atom, at ang isa pang elektron ay kabilang sa isa pang atom:

3. Ang elektronikong estado ng isang atom, kung saan ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga orbital ng elektron ay sinusunod: 1 s 2 , 2s 2 , 2p 2 , 3s 2 , 3p 2 , 4s 2 , 3d 2 , 4p 2, atbp., ay tinatawag estado ng lupa... V nasasabik na estado ang isa sa mga valence electron ng atom ay sumasakop sa isang libreng orbital na may mas mataas na enerhiya, ang gayong paglipat ay sinamahan ng paghihiwalay ng mga ipinares na mga electron. Sa eskematiko, ito ay nakasulat bilang mga sumusunod:

Samantalang sa ground state ay mayroon lamang dalawang valence na hindi magkapares na mga electron, sa excited na estado mayroong apat na tulad ng mga electron.

5. Ang atomic orbital ay isang function na naglalarawan sa density ng isang electron cloud sa bawat punto sa espasyo sa paligid ng nucleus ng isang partikular na atom. Sa pangalawang antas ng enerhiya ng carbon atom, mayroong apat na orbital - 2 s, 2p x, 2p y, 2p z... Ang mga orbital na ito ay naiiba:
a) ang hugis ng electron cloud ( s- bola, R- dumbbell);
b) R-Ang mga orbital ay may iba't ibang oryentasyon sa espasyo - kasama ang magkabilang patayo na mga palakol x, y at z, ang mga ito ay tinutukoy p x, p y, p z.

6. Ang mga hybrid na orbital ay naiiba sa orihinal (hindi-hybrid) na mga orbital sa hugis at enerhiya. Halimbawa, s-orbital - ang hugis ng isang globo, R- simetriko na numero walong, sp-hybrid orbital - asymmetric figure walo.
Mga Pagkakaiba sa Enerhiya: E(s) < E(sp) < E(R). kaya, sp-orbital - ang orbital na na-average sa hugis at enerhiya, na nakuha sa pamamagitan ng paghahalo ng orihinal s- at p-mga orbital.

7. Tatlong uri ng hybridization ang kilala para sa isang carbon atom: sp 3 , sp 2 at sp (tingnan ang teksto ng aralin 5).

9. -bond - isang covalent bond na nabuo sa pamamagitan ng head-on overlapping ng mga orbital sa isang linya na nag-uugnay sa mga sentro ng atoms.
-bond - isang covalent bond na nabuo sa pamamagitan ng lateral overlapping R-mga orbital sa magkabilang gilid ng linya na nagdudugtong sa mga sentro ng mga atomo.
-Ang Bond ay ipinapakita ng pangalawa at pangatlong gitling sa pagitan ng mga konektadong atomo.

Pangkalahatan at BIOorganic na kimika

(mga tala sa panayam)

Bahagi 2. Organic na kimika

Para sa mga mag-aaral sa 1st year ng Faculty of Medicine, specialty na "Dentistry"

Peoples' Friendship University of Russia Publishing House,

OK

RIS Scientific Council

Peoples' Friendship University of Russia

O. V. Kovalchukova, O. V. Avramenko

Pangkalahatan at bioorganic na kimika (mga tala sa panayam). Bahagi 2. Organic na kimika. Para sa mga mag-aaral sa 1st year ng Faculty of Medicine, specialty na "Dentistry". Moscow: RUDN Publishing House, 2010.108 p.

Mga tala sa panayam para sa mga mag-aaral sa 1st year ng Faculty of Medicine, specialty na "Dentistry". Naipon alinsunod sa programa ng kursong "General and Bioorganic Chemistry".

Inihanda sa Department of General Chemistry.

© O. V. Kovalchukova, O. V. Avramenko

© Publishing House of Peoples' Friendship University of Russia, 2010

PANIMULA

Ang bioorganic chemistry ay isang sangay ng chemistry na malapit na nauugnay sa mga espesyal na disiplina ng mga medikal na faculty ng mga unibersidad tulad ng biochemistry, pharmacology, physiology, at molecular biology. Ito ay isang larangan ng agham na nag-aaral ng istruktura at mekanismo ng paggana ng mga biologically active molecule mula sa mga posisyon at konsepto ng organic chemistry, na tumutukoy sa mga regularidad sa relasyon sa pagitan ng istraktura at reaktibiti ng mga organic compound.

Ang pangunahing pansin sa kursong ito ng mga lektura ay binabayaran sa pag-uuri ng mga organikong compound ayon sa istraktura ng carbon skeleton at kalikasan. panksyunal na grupo, ang mga batas na nag-uugnay sa istrukturang kemikal ng mga organikong molekula sa likas na katangian ng kanilang mga sentro ng reaksyon, ang kaugnayan ng kanilang elektroniko at spatial na istraktura sa mga mekanismo ng pagbabagong kemikal.

TEORYA NG CHEMICAL STRUCTURE NG ORGANIC COMPOUNDS

Mga organikong compound- ito ay mga carbon compound (maliban sa pinakasimpleng mga), kung saan ito ay nagpapakita ng valence IV.

Organikong kimika Ay ang kimika ng hydrocarbons at ang kanilang mga derivatives.

Ang carbon atom sa mga organikong compound ay nasa isang nasasabik na estado at may apat na hindi magkapares na mga electron:

6 С 1s 2 2s 2 2p 2 → 6 С * 1s 2 2s 1 2p 3

Ang isang carbon atom sa isang nasasabik na estado ay may kakayahang:

1) bumuo ng malakas na mga bono sa iba pang mga carbon atoms, na humahantong sa pagbuo ng mga chain at cycle;

2) dahil sa ng iba't ibang uri orbital hybridization upang bumuo ng simple, doble at triple na mga bono sa pagitan ng mga atomo ng carbon at sa iba pang mga atomo (H, O, N, S, P, atbp.);

3) upang pagsamahin sa apat na magkakaibang mga atomo, na humahantong sa pagbuo ng mga branched carbon chain.

Mga uri ng hybridization ng isang carbon atom sa mga organic compound

sp 3 - hybridization

Ang lahat ng apat na valence orbital ay kasangkot sa hybridization. Ang anggulo ng bono ay 109 tungkol sa 28 '(tetrahedron). Ang mga carbon atom ay bumubuo lamang ng mga simpleng (σ) na bono - isang saturated compound.

sp 2 - hybridization

Tatlong hybrid at isang non-hybrid orbital ang nabuo. Valence angle 120 о (planar structures, regular triangle). Ang mga hybrid na orbital ay bumubuo ng mga σ-bond. Ang mga non-hybrid orbital ay bumubuo ng mga p-bond. sp 2–Ang Hybridization ay tipikal para sa mga unsaturated compound na may isang p - bond.

sp - hybridization

Dalawang hybrid at dalawang non-hybrid orbital ang nabuo. Ang anggulo ng bono ay 180 ° (mga linear na istruktura). Isang carbon atom sa isang estado sp-nakikibahagi ang hybridization sa pagbuo ng dalawang double bond o isang triple bond.

Teorya ng istraktura ng mga organikong compound binuo noong 1861 ni A.M. Butlerov at kasama ang mga sumusunod na probisyon:

1. Ang lahat ng mga atom na bumubuo sa molekula ay naka-link sa isa't isa sa isang mahigpit na tinukoy na pagkakasunud-sunod alinsunod sa kanilang mga valence. Ang pagkakasunud-sunod kung saan ang mga atom ay pinagsama sa isang molekula ay tumutukoy nito kemikal na istraktura .

2. Ang mga katangian ng mga organic compound ay nakasalalay hindi lamang sa qualitative at quantitative na komposisyon ng mga sangkap, kundi pati na rin sa pagkakasunud-sunod ng kanilang koneksyon (chemical structure ng molekula).

3. Ang mga atomo sa isang molekula ay may impluwensya sa isa't isa, i.e. ang mga katangian ng mga pangkat ng mga atomo sa isang molekula ay maaaring mag-iba depende sa katangian ng iba pang mga atomo na bumubuo sa molekula. Isang pangkat ng mga atomo na tumutukoy Mga katangian ng kemikal organic molecules, ay tinatawag na functional group .

4. Ang bawat organic compound ay may isang chemical formula lamang. Ang pag-alam sa formula ng kemikal, posible na mahulaan ang mga katangian ng tambalan, at sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga katangian nito sa pagsasanay, upang maitatag ang formula ng kemikal.

Organikong molekula

Mga uri ng carbon skeleton:

Acyclic:

· Branched;

· Normal (linear).

Paikot:

· Carbocyclic (isang cycle ng mga carbon atom lamang);

Heterocyclic (bukod sa mga carbon atom, ang cycle ay kinabibilangan ng ilang iba pang mga atom - nitrogen, oxygen, sulfur).

Mga uri ng carbon atoms sa hydrocarbon chain:

H 3 C-CH 2 -CH-C- CH 3

Pangunahing carbon atoms (nakakonekta sa isang chain na may lamang ng isang carbon atom, ay terminal);

Pangalawang carbon atom (nakakonekta sa dalawang katabing carbon atoms, na matatagpuan sa gitna ng chain);

Tertiary carbon atom (matatagpuan sa tinidor ng carbon chain, konektado sa tatlong carbon atoms);

Quaternary carbon atom (walang mga substituent maliban sa carbon atoms).

Functional na grupo- isang espesyal na pangkat ng mga atomo na tumutukoy sa mga kemikal na katangian ng mga compound.

Mga halimbawa ng panksyunal na grupo:

-SIYA–Hydroxyl group (alcohols, phenols);

C = O- pangkat ng carbonyl (ketones, aldehydes);

SA- pangkat ng carboxyl (mga carboxylic acid);

-NH 2 - amino group (amines);

-SH - pangkat ng thiol (thiolcohols)

organikong tambalan

komposisyon

ari-arian

kemikal na istraktura

Mga atom na bumubuo organikong tambalan, ay maaaring pagsamahin sa mga molekula sa iba't ibang paraan. Halimbawa, ang isang tambalan ng komposisyon C 2 H 6 O ay maaaring tumutugma sa dalawa mga kemikal na compound pagkakaroon ng iba't ibang katangiang pisikal at kemikal:

Komposisyon organic compound - ang bilang ng mga atom ng iba't ibang elemento na kasama sa molekula nito. Mga isomer- mga compound na may parehong komposisyon, ngunit magkaibang mga istrukturang kemikal. Ang mga isomer ay may iba't ibang katangian ng kemikal.

Mga uri ng isomerismo

STRUCTURAL ISOMERY

Carbon chain isomerism:

Isomerismo ng posisyon ng maramihang mga bono:

Interclass isomerism:

STEREOISOMERIA

Geometric(spatial, cis-trans-isomerismo ng mga compound na may dobleng bono):

cis-butene-2	kawalan ng ulirat-butene-2

Posible ang geometric isomerism kung ang bawat isa sa mga carbon atom na kasangkot sa pagbuo ng double bond ay may iba't ibang substituent. Kaya, para sa butene-1 CH 2 = CH – CH 2 –CH 3, imposible ang geometric isomerism, dahil ang isa sa mga carbon atom sa double bond ay may dalawang magkaparehong substituent (hydrogen atoms).

Geometric(spatial, cis-trans-isomerism ng cyclic limit compounds):

Posible ang geometric isomerism kung ang hindi bababa sa dalawang carbon atoms na bumubuo sa singsing ay may magkaibang mga substituent.

Sa mata:

Ang optical isomerism ay isang uri ng stereoisomerism dahil sa chirality ng mga molekula. Sa kalikasan, may mga koneksyon na nauugnay tulad ng dalawang kamay ng isang tao. Ang isa sa mga katangian ng mga compound na ito ay ang kanilang hindi pagkakatugma sa kanilang mirror image. Ang ari-arian na ito ay tinatawag na chirality (mula sa Greek. « kasama tagapagmana"- kamay).

Ang optical na aktibidad ng mga molekula ay nakikita kapag sila ay nalantad sa polarized na liwanag. Kung ang isang polarized light beam ay dumaan sa isang solusyon ng isang optically active substance, kung gayon ang eroplano ng polarization nito ay iikot. Ang mga optical isomer ay itinalaga gamit ang mga prefix d-