Pytanie:
Jak kształtują się hybrydowe orbitale sześciofluorku siarki?
Steven Stewart-Gallus
2016-07-10 02:00:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Po stronie fluoru atomy fluoru po prostu kończą orbital za 3 pensy.

Po stronie siarki można by założyć hybrydę jednego orbitalu 3 $, dwóch orbitali 3 $ i trzech wewnętrzne orbitale $ 2p $. Myślę jednak, że skutkowałoby to geometrią, której sześciofluorek siarki nie wykazuje.

Wyjaśnienie, które przeczytałem w Internecie, jest takie, że orbitale są hybrydą orbitalu $ s $, trzech orbitali $ p $ i dwóch Orbitale $ d $.

To mnie dezorientuje, ponieważ orbital $ 3d $ jest dość wysokoenergetyczny i nie sądzę, aby możliwe było posiadanie orbitalu za 2 $ nawet w hybrydzie.

Stan podstawowy neutralnego atomu siarki to:

$$ [\ ce {Ne}] \ underset {3s} {[\ uparrow \ downarrow]} \ underset {3p} {[\ uparrow \ downarrow \ vert \ uparrow \ vert \ uparrow]} $$

W przypadku tej hybrydy stan byłby podobny do następującego, ale z elektronami sparowanymi z orbitaliami, z którymi są połączone (także orbitale są skrzyżowane):

$$ [\ ce {Ne}] \ underset {3s} {[\ uparrow]} \ underset {3p} {[\ uparrow \ vert \ uparrow \ vert \ uparrow]} \ underset {3d} {[\ uparrow \ vert \ uparrow \ vert \; \; \ vert \; \; \ vert \; \;]} $$

Jedną z metod jest to, że sześciofluorek siarki można traktować jako mniej skrajny przypadek $ \ ce {S ^ {+ 6} + 6F ^ -} $.

Innym podejściem jest to, że sześciofluorek siarki może być hybrydą zestawu układów $ \ ce {2F2 + SF2} $. Część $ \ ce {SF2} $ ma geometrię czworościenną, a więc znak $ sp ^ 3 $. Obligacje są wówczas obligacjami $ sp ^ 3-p $. Całkowity wynik byłby zbiorem częściowych wiązań $ sp ^ 3-p $ między środkowymi atomami siarki i zewnętrznymi atomami fluorków oraz niektórymi zewnętrznymi częściowymi wiązaniami $ p ^ 3 $ między atomami fluorków. Ale nie jestem pewien, jaką rzeczywistą geometrię przewidywałaby ta interpretacja lub jak różniłaby się właściwościami.

Jak kształtują się hybrydowe orbitale sześciofluorku siarki?

Jest to hybryda $ sp ^ 3d ^ 2 $, w grę wchodzi także orbital $ 3d $. A energia, jeśli 3d jest wysoka, ale ponieważ atomy fluoru są silnie elektroujemne, więc energia uwolniona z tworzenia wiązań jest wystarczająca, aby promować elektrony do 3d.
Musisz zrewidować swoje rozumienie orbitali. Orbital $ 2d $ nie istnieje i nie możesz mieć orbitalu hybrydowego utworzonego z czterech orbitali $ 3p $, ponieważ jest ich tylko trzy. Ponadto $ \ ce {SF6} $ jest słabo opisana przez hybrydyzację.
Dwa odpowiedzi:
DavePhD
2016-07-12 20:07:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeśli ograniczysz rozważania do hybrydyzacji orbitali atomowych, dobrym odniesieniem jest O roli orbitali d w sześciofluorku siarki J. Jestem. Chem. Soc. , 1986, 108 (13), str. 3586–3593.

Po pierwsze, stwierdzono, że spośród 6 elektronów walencyjnych, które ma atomowa siarka (dwa 3s i cztery 3p), w SF6 w sumie 3,1 elektronów o gęstości prawdopodobieństwa elektronów pozostaje na orbitali atomowych siarki.

Z 3,1 elektronów:

0,97 znajduje się na orbitalu 3s

1,82 na orbitali 3p

0,24 na orbitali 3s

a małe ułamki są w orbitali 4s, 4p i 4 d.

Aby zapoznać się z nowszymi badaniami, zobacz Theory of Hypervalency: Recoupled Pair Bonding in SFn (n = 1−6) J. Fiz. Chem. A , 2009, 113 (27), s. 7915–7926

Podoba mi się twoja odpowiedź, prawdopodobnie byłoby bardziej przydatne, gdybyś podał kilka krótkich i prostych wskazówek, jak powiązać te pomysły z nastawieniem lub teoretycznym tłem osoby, która zadała pytanie.
@user1420303 prawdopodobnie „Zastosowania i niewłaściwe użycie orbitali hybrydowych” http://www.spq.pt/magazines/RPQ/280/article/736/pdf byłyby najbardziej pomocne. Zasadniczo pytanie OP zakłada, że ​​istnieje unikalny zestaw orbitali hybrydowych, a zatem kształt, ale nie ma takiego unikalnego zestawu orbitali hybrydowych.
W sensie technicznym całkowicie się z tobą zgadzam. Prawdopodobnie rozpowszechnianie artykułów, takich jak ten, który podałeś w komentarzu, byłoby lepsze. Naprawdę, zwykle nie zgadzam się z nauczaniem tego rodzaju pojęć na kursach podstawowych.
bon
2016-07-14 00:57:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

O hybrydyzacji decyduje geometria!

Jest to najważniejsza rzecz, której powinieneś się nauczyć z tej odpowiedzi. Jeśli znasz geometrię cząsteczki, możesz obliczyć hybrydyzację jej atomów, ponieważ orbitale hybrydowe muszą mieć odpowiednią geometrię, aby uwzględnić strukturę molekularną.

Druga ważna rzecz, którą powinieneś rozumiem, że orbitale hybrydowe nie istnieją fizycznie. To matematyczna sztuczka, której możemy użyć, aby przedstawić prostszy opis wiązania, który dobrze pasuje do idei dwuośrodkowego wiązania dwuelektronowego. Kiedy atomy łączą się, tworząc wiązania, nie promują elektronów do stanów o wyższej energii i nie tworzą rzeczywistych orbitali hybrydowych.

Mając to na uwadze, możemy spojrzeć na przypadek $ \ ce {SF6} $. Cząsteczka ma oktaedryczną geometrię wokół centralnej siarki, tak więc hybrydowe orbitale siarki, których użyjemy do opisania wiązania, również muszą mieć tę geometrię. Schemat hybrydyzacji, który pasuje do tego to $ sp ^ 3d ^ 2 $ - w tym przypadku orbitale 3 $, 3 $ i 3 $. Jednak, jak zauważyłeś, napotyka to na problemy, gdy weźmiemy pod uwagę, że orbital 3 $ jest naprawdę dość wysokoenergetyczny w porównaniu do orbitali 3 $ i 3 $ pensów, więc jego wkład w wiązanie będzie minimalny. Potwierdzają to liczby w odpowiedzi @ DavePhD, które pokazują, że wkład orbity $ d $ w tworzenie wiązań jest stosunkowo niewielki (choć z pewnością nie jest bez znaczenia).

$ sp ^ 3d ^ 2 $ nie jest dobrym modelem dla $ \ ce {SF6} $. Zajętość orbity $ d $ odpowiada tylko około 6% całkowitej wartości elektronów siarki, w porównaniu z 33% w modelu $ sp ^ 3d ^ 2 $. Wiązanie w $ \ ce {SF6} $ zawiera silny składnik jonowy z obliczonym ładunkiem siarki nieco mniejszym niż +3. Dodatkowy wkład w wiązanie pochodzi z oddania gęstości elektronów z orbitali fluoru $ p $ na orbitale siarki $ d $, głównie w postaci wiązań $ \ sigma $ między orbitaliami fluoru $ p _ {\ sigma} $ (tymi skierowanymi w stronę centralny atom siarki) i orbitale siarki $ d _ {\ sigma} $ ($ 3d_ {x ^ 2-y ^ 2} $ i $ 3d_ {z ^ 2} $), ale z pewnym wkładem wiązania $ \ pi $ jako dobrze z orbitali $ p _ {\ pi} $ i $ d _ {\ pi} $.

Generalnie należy zachować ostrożność stosując hybrydyzację do atomów poza drugim okresem układu okresowego. Wiele związków, takich jak $ \ ce {SF6} $ i $ \ ce {PCl5} $, jest słabo opisanych przez hybrydyzację i do odpowiedniego wyjaśnienia wymagają teorii, takich jak hiperwalencja.

Ten temat i powiązane tematy zostały obszernie omówione na tej stronie wcześniej. Poniżej znajduje się kilka istotnych pytań, które mogą pomóc ci lepiej zrozumieć ten temat:

Dlaczego asymetryczna geometria z hybrydyzacją sp3d i sp3d3?
Dlaczego związki lubią SF6 i SF4 istnieją, ale SH6 i SH4 nie istnieją?
Dlaczego F zastępuje wiązanie osiowe w PCl5?
Hiperwalencja i reguła oktetu

A zatem atom siarki jest bardziej podobny do jonu +3 i ma konfigurację elektronów walencyjnych, na przykład: $ [\ ce {Ne}] \ underset {(3s) ^ {0,97} (3p) ^ {1.82} (3d) ^ { 0.24}} {[\ uparrow \ vert \ uparrow \ vert \ uparrow]} $? Czy ten zestaw zhybrydyzowanych orbitali jest całkowicie symetryczny, czy też zawiera puste miejsca?
@StevenStewart-Gallus Mniej więcej. Przeczytałem artykuł dostarczony przez DavePhD i dodałem więcej szczegółów w mojej odpowiedzi. Co masz na myśli, mówiąc „czy są w nim puste miejsca”?
@bon Ale artykuł wskazuje, że orbitale siarki w większości uczestniczą w wiązaniu pi!
@permeakra Nie, mówi się, że głównie uczestniczą w wiązaniu sigma. Przeczytaj sekcję na czwartej stronie o wkładach $ d _ {\ sigma} $ i $ d _ {\ pi} $. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00273a006
@bon Przepraszamy. Ta praca http://dx.doi.org/10.1071/CH04113 sugeruje, że występuje * pewna * * interakcja pi i ma to związek z d-orbitalami.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...