18. Гибридизация орбиталей центрального атома и форма молекулы в пространстве.

Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.

Виды гибридизации: sp-гибридизация. Происходит при смешивании одной s- и одной p-орбиталей. Образуются две равноценные sp-атомные орбитали, расположенные линейно под углом 180 градусов и направленные в разные стороны от ядра центрального атома. Две оставшиеся негибридные p-орбитали располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях и участвуют в образовании π-связей, либо занимаются неподелёнными парами электронов.

sp²-гибридизация. Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей

sp³-гибридизация. Происходит при смешивании одной s- и трех p-орбиталей, образуя четыре равноценные по форме и энергии sp³-гибридные орбитали. Могут образовывать четыре σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.

Оси sp³-гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра, тогда как ядро центрального атома расположено в центре описанной сферы этого тетраэдра. Угол между любыми двумя осями приближённо равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов. Также sp³-орбитали могут образовывать четыре σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.Такое состояние характерно для атомов углерода в насыщенных углеводородах и соответственно в алкильных радикалах и их производных.

Примеры соответствия наиболее распространённых типов гибридизации и геометрической структуры молекул: sp -Линейная, sp^2-Треугольная, sp^3-Тетраэдрическая, dsp^2-Плоскоквадратная, sp³d- Гексаэдрическая, sp³d², d²sp^3-Октаэдрическая.

19. Скорость химической реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Влияние концентрации на скорость химической реакции. Закон действующих масс.

Кинетика – раздел химии, изучающий скорости и механизмы химических реакций.

Скорость реакции – изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

Гомогенные реакции – реакции, в которых все реагирующие вещества находятся в одной фазе. Гетерогенные реакции – реакции, в которых реагирующие вещества находятся в разных фазах.

Факторы, влияющие на скорость реакций: 1)     природа реагирующих веществ; 2)     концентрация (давление влияет через изменение концентрации); 3)     температура; 4)     катализатор (изменение природы реагирующих веществ).

Влияние концентрации на скорость реакций. Закон действия масс.

При постоянной температуре скорость химических реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в некоторых степенях.

хА + уВ = рС  - кинетическое уравнение

К – константа скорости реакции. Это одна из трех фундаментальных характеристик реакции. Зависит от природы реагирующих веществ и температуры (не зависит от концентрации веществ).

Зависимость скорости химических реакций от концентрации устанавливает закон действующих (действия) масс, сформулированный Гульдбергом и Вааге (1867), этот закон и является основным законом кинетики: скорость химической реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степени стехиометрического коэффициента данного вещества в уравнении реакции.

Для гомогенной реакции общего вида: аA + вB → сC + dD; u_пр = k₁C_А^а C_В^в,

u_обр = k₂C_с^с C_D^d, где u_пр – скорость прямой реакции; u_обр – скорость обратной реакции;

С_А,C_B,C_C и C_D – концентрации реагирующих веществ, например, моль/дм³;

а, в, с, и d – стехиометрические коэффициенты участников реакции;

k₁ и k₂ – коэффициенты пропорциональности, названные константой скорости химической реакции.

Для газов вместо концентрации можно использовать давления u_пр = k₁Р_А^а Р_В^в.

константа скорости – это скорость реакции, если концентрации реагирующих веществ равны 1 моль/дм³. Скорость гетерогенных реакций имеет ряд особенностей. Гетерогенные реакции идут на поверхности раздела фаз, которая и служит реакционным пространством (поверхностью). Поэтому первой особенностью кинетики этих реакций является влияние площади реакционной поверхности на скорость реакции. Вместо концентрации твердой фазы в уравнение вводят площадь поверхности этого вещества (S)

u_пр = k₁C_А^а S_В (5.8)