Електронна конфігурація атома Карбону

1s² 2s² 2p² 1s² 2s¹ 2p³

Основний стан Збуджений стан

Мал. 22 а Мал. 22 б

1s і 3 р – орбіталі другого рівня гібридизуються (вирівнюються за формою та енергією). Таке вирівнювання орбіталей називається sp³ – гібридизацією.. Експериментально доведено, щ всі чотири гібридні орбіталі атома Карбону в молекулі метану направлені одна відносно одної під тетраедричним кутами 109^о28^/. Така просторова направленість дозволяє їм перебувати на максимальній відстані один від одного. В результаті перекривання гібридних sp³ –орбіталей і s – орбіталей чотирьох атомів Гідрогену утворюється молекула з міцними ковалентними зв’язками (мал. 23. )

Будова молекули метану

Схема утворення чотирьох гібридних орбіталей атома Карбону

.

109^о28^/

а) б)

Мал. 23.Схема утворення -зв'язків (а); геометрія молекули метану (б)

Як пояснити утворення подвійного зв’язку в молекулі етилену з точки зору електронної теорії? Фізичні методи дослідження показали, що в молекулі етилену всі ядра атомів розташовані в одній площині. Відстань між ядрами атомів Карбону складає 0,134 нм (в алканів 0,154 нм), а валентні кути в молекулі 120 ^о. Ці дані не відповідають уявленням про sp³ –гібридизацію. Очевидно, що у випадку подвійного зв’язку буде інший тип гібридизації, він називається sp² –гібридизацією. При цьому гібридизації піддаються не всі орбіталі збудженого атома Карбону, а тільки три: s – орбіталь і дві р – орбіталі, вони розташовані в одній площині під кутом 120 ^о.

Схема утворення трьох гібридних електронних хмар атома Карбону.

Схема утворення -зв'язків.

Мал.24

В кожного атома Карбону залишилося по одній негібридизованій р – орбіталі і тому її форма не змінилась. Ці орбіталі розташовані паралельно одна до одної і перпендикулярно до площини - зв’язків, вони частково перекриваються між собою над і під площиною - зв’язків з утворенням нового - зв’язку. З встановленням - зв’язку ядра атомів Карбону дещо стягуються , тому довжина подвійного зв’язку дорівнює 0,134 нм. ( мал. 25.):

Схема утворення -зв'язків.