键合、结构和共振
轨道杂化和化学键强度
最后更新:2022年12月13日|
如何轨道杂交影响粘结强度
了解杂化轨道的概念(参见以前的文章）让你准确预测债券强度的趋势．在这篇文章中，我们将给出几个如何做到这一点的例子。
目录
- 一个快速测验(关于键解离能)
- 轨道杂化和键强的关键原理:s键越大，键越强
- 电子年代-轨道比对应的p轨道中的电子更接近原子核
- 总结:在其他条件相同的情况下，s字越强，关系就越牢固
- 奖励部分:少数人可能会问的问题的答案
- 均溶键与杂溶键的裂解
- 对你的测试
- 最后一件事:这个概念也解释了为什么CH3.+比NH更稳定3.+
- 笔记
1.快速测试
让我们从一个快速测试开始。
下面哪个碳氢键最强?
(换句话说，哪个C-H键的键解离能最高?)
答案是C。
- 在a)中，碳是sp3.杂化，键解离能为105千卡/摩尔
- 在b)中，碳是sp2杂化，键解离能为110千卡/摩尔
- c)碳为sp杂化，键解离能为126 kcal/mol
2.轨道杂化和键强的关键原理:s键越大，键越强
请注意，上面的粘结强度趋势是sp > sp2> sp3.
换句话说，碳上的s键越多，键就越牢固。
我们再试一次。那这三个碳碳键呢?
希望你给他们的排名是A > B > C。
在其他条件相同的情况下:一个sp-sp3.亲密比亲密更牢固2- sp3.键,它又比sp更强3.- sp3.债券。
为什么?
3.电子年代-轨道比对应的p轨道中的电子更接近原子核
平均来说:电子进入年代轨道比相应轨道中的电子更靠近原子核(因此感受到更大的有效正电荷)p轨道。
因此，sp轨道上的电子(50%为s轨道)对原子核的吸引力要大于sp轨道上的电子2(33% s字符)或sp3.(25% s)轨道。
上面提到的“键解离能”(BDE)，是对所需能量的度量均裂键的断裂(人类=相同;溶菌作用=打破)。(参见:键解离能=均溶裂解能]
也就是说，它测量了键断裂所需的能量，使每个原子最终拥有相同数量的电子，例如下面的反应:
在均裂以上反应中，单个电子是删除从碳氢分子轨道转移到氢上，氢会解离。另一个电子留在碳上。
sp - h键的键解离能高于sp3.-H是因为需要更大的力(能量)才能将电子从更紧密的sp-H分子轨道上移走，并将其完全放在氢原子上。
所以轨道上的电子具有更多的s特征，会更靠近原子核，受到更强的静电力。
这有助于解释更高的键能。
识别分子中化学键的类型是一项关键技能。（参见:碳碳键有六种，碳碳键只有一种）.
在大多数情况下，这篇文章的主要内容到此结束。
4.总结:在其他条件相同的情况下，s字越强，关系就越牢固
但是，如果你发现自己试图调和课程中另一部分的明显矛盾，那就继续往下读。
5.奖励部分:少数人可能会问的问题的答案
炔烃(pK一个25)是比典型的烷烃(pK一个> 50)。
例如,炔烃很容易被强碱如NaNH2，而烷烃则不是:
为什么?因为碳氢键炔烃有更多的年代字符，生成的碳上的孤对被保留更严格的到原子核，呈现共轭碱更稳定的．
哦亲爱的。似乎有一群愤怒的暴徒正在靠近。
等等!你刚才说了炔烃碳氢键是更强的而不是碳氢键，因为它们有更多的s键现在你说它们是更容易破碎因为它们有更多的s型。
这难道不应该炔烃少因为碳氢键有更多的s键?
把干草叉收起来!这有一个完全合乎逻辑的解释!
6.均溶键与杂溶键的裂解
这里困惑的根源是什么?
我们来看电子。
最终解决这一困境的方法是认识到两者之间的区别均裂解理(这是键解离能测量的)和异种溶解的裂解(发生在酸碱反应中，H+的损失)。
让我们看看这两个过程。
在均裂在碳氢键中，碳原子附近的一个电子被完全移走，落到氢原子上。由于键的s性质更大，从sp杂化碳中去除电子比从sp杂化碳中更难3.杂化碳。就像我们上面说的，这就是化学键解离能炔烃碳氢键比烷烃碳氢键高。
在酸碱反应中，碳氢键也会断裂，但断裂的方式是电子对停留在碳原子上。因为键的断裂会导致不均匀这就是所谓的电子分布异种溶解的键合断裂(异=不同，裂解=断裂)。
我们再说一遍，在酸碱反应中，这对电子留在碳上，产生带负电荷的碳原子(碳离子)。
酸度，用pK来衡量一个，是衡量酸和它的平衡的一种方法共轭碱．平衡越有利于共轭碱， pK越低一个酸性越强。换句话说:
任何使共轭碱更稳定，增加酸度．
哪种孤对更稳定?
孤对电子紧紧地束缚在原子核上，也就是sp轨道。
希望这能让你更清楚地明白，更强的碳氢键和更强的碳氢酸是同一现象的两个方面。
你可能会发现sp轨道比sp轨道有更大的有效电负性2轨道，它们的电负性比sp大3.轨道。所以酸性更强的原因炔烃相对于烯烃和氢-氟相对于氢的酸性更强没有太大区别2o .]
7.对你的测试
冒着唠叨的风险，我们要考虑这一现象的第三个方面。
均裂只有一种可能。但是有两个来画碳氢键的杂溶解理，你可能注意到我只画了一个。
还有第二种(尽管不太可能)方式可以发生杂溶性卵裂。C-H键上的电子对可以迁移到氢上，而不是碳上，从而形成氢化物阴离子和碳正离子。[同样，不太可能，但请耐心听我说]。
我给你做个测试。根据我们到目前为止所经历的一切，下面两个产品(A或B)哪个更稳定?
想清楚。
- 为了形成A，我们必须从sp杂化碳上移走一对电子。
- 为了形成B，我们必须从sp上移走一对电子3.杂化碳。
哪个更有利?
- 生成A的反应需要从sp杂化碳上移去两个电子。
- 生成B的反应需要从sp上拿走两个电子3.杂化碳。
给予的反应B应该容易得多，因为电子没有那么紧密。的确，sp3.-杂化碳正离子已被观察到，甚至分离出来。
相反，sp杂化碳正离子如A是非常不稳定的，从未被直接观察到。［注1]
这一观察结果也与上述所有观察结果一致!
8.最后一件事:这个概念也解释了为什么CH3.+比NH更稳定3.+
就像我上面说的，把sp杂化碳想象成比sp有更大的有效电负性是有帮助的2-杂化碳，它们的电负性比sp大3.杂化碳原子。我们用这个来解释原因炔烃酸比烷烃这与为什么氢-氟酸比氢酸强类似2O。
这也可以是翻转了，就像上面碳正离子的例子一样。
原子的电负性越大，就越多不稳定缺乏电子的物种变成。
这有助于解释为什么，例如H3.C+(有6个价电子)是多比H更稳定3.N+(也有6个价电子)也就是远比氧或氟更稳定，有六个价电子;增加电负性对缺电子物质稳定性的影响与增加s特性相同。
笔记
注1:这是一个值得注意的尝试，以制造sp杂化碳正离子。这是我见过的氦在有机化学中的唯一应用。
不错的帖子，詹姆斯，和往常一样。我花了几年的时间把EWG(如F、硼烷和CF3)放在末端乙炔上，使它们更容易反应。通常情况下，在我用液氮快速冷冻之前，产品会聚合或发生其他反应。
顺便说一句，你错过了note 2。我必须指出，你的音符2实际上是音符1。双关语;)
谢谢-注释1被删除了，因为我设法在文本中覆盖了它。
你好，就s字符而言，sp应该= 50% s字符，sp^2 = 33.3% s字符和sp^3 = 25% s字符吗?你说sp的s键最大所以其他杂化的s键应该更低。
修正了错别字。谢谢! !
谢谢你先生的上述解释。
但是我们不是根据轨道的重叠程度来比较化学键的强度吗?正如我的书中所说，由于p-p轨道的重叠程度更大，p-p重叠所产生的键的相对强度大于s-s重叠。
根据这一逻辑，我们可以说sp2-s重叠比sp-s重叠更大，从而导致烯烃中C-H键的键能比炔烃高(认为p性质越大的轨道重叠越好)。
你能澄清这个困惑吗…
这里我用的键解离能可以和键强度互换。比较键解离能得出结论，键强度随p轨道性质的减小而增大。
你用哪本书说p-p轨道重叠比s-s轨道更有利?如果你看碳序列(烷烃-烯烃-炔)，级数很明显。
请注意，在O-O和N-N中，可能会出现π键更强，但这是孤对斥力缓解的人工产物。
吉姆，我试着发了两次评论。我仔细地复制粘贴并在这个框中阅读它，只是为了检查它是OK的。但每次我的一些评论都在发送后被删除，读起来很糟糕。啊!为什么? ! ?第三次幸运(可能不是)
吉姆,
首先，感谢你出色的帖子(和数据!)，阐明了这么多观点。
我的问题是关于你文章的第二部分。我不难理解，在酸碱反应中，电子对更倾向于在有较多s的轨道上，而不是有较多p的轨道上。
但我想我的问题是，当你说烷烃/炔酸的碱性质与一行的电负性相似时，另一种选择可能是考虑一列，其中更小，电负性更高的原子是更差的酸(HF<< HCl < HBr < HI)。
所以碳氢键中含有更多的s键不是更稳定吗?与此一致的是，碳氢键的长度从烷烃到炔烃的长度略有减少。
很明显，实验数据支持你的想法，但是你有没有什么化学直觉可以解释为什么人们应该立即把它看作是一行而不是一列?
我能想到的最好的是，当你从烷烃移动到烷基时，这里的大小变化非常小，更符合一行，即从碳到氟的共价半径是:84 pm到57 pm，只有50%的差异，而向上一列，碘到氟的大小从139 pm到57 pm, 144%的差异(壳数变化)。
关于为什么电负性战胜了列大小的论点你还有其他的直觉吗?
很抱歉篇幅太长，再次感谢你的精彩网站。
问候,
乔治
哪个键最强
A - s_s重叠
B - s-p重叠
C - p-p重叠
谢谢你，这是一个很好的帖子
我能同时使用键解离能和键能吗?
是的，这是正确的。
在第7部分中，你问哪种产物最稳定，但你的讨论涉及到反应，你提出的每一个观点都是明智的。与(a)反应中的sp轨道相比，(B)反应中的sp3轨道更有利于反应。我的问题是，也许我想多了因为我有很多苯乙基端帽和氟化环烯烃的经验，富电子三键会不会倾向于把电子借给整个分子使碳正离子脱位从而使甲基乙炔产物更稳定。Victor提出了一个很好的观点，关于如何破坏三键可以导致快速反应/聚合。我知道只用乙炔就不会那么麻烦，但在我的脑子里，甲基会把结果弄得一团糟。或者我就像几十年前在学校里那样随便乱扔箭。另外，这个网站也很棒。
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