Магистрант
  1. Физическая химия  1.1. Термодинамика  1.1.1. Законы термодинамики  1.1.2. Энтальпия и теплоемкость  1.1.3. Энтропия и свободная энергия  1.1.4. Фазовое равновесие  1.1.5. Статистическая термодинамика  1.1.6. Термодинамический цикл  1.1.7. Фугитивность и активность  1.2. Квантовая химия  1.2.1. Принципы квантовой механики  1.2.2. Уравнение Шрёдингера  1.2.3. Частица в ящике  1.2.4. Операторы и собственные значения  1.2.5. Атомные орбитали  1.2.6. Теория молекулярных орбиталей  1.2.7. Теория возмущений  1.2.8. Теория валентных связей  1.2.9. Гибридизация и химическое связывание  1.3. Химическая кинетика  1.3.1. Законы скорости и механизмы реакций  1.3.2. Теория столкновений  1.3.3. Теория переходного состояния  1.3.4. Кинетика ферментов  1.3.5. Цепные реакции и полимеризация  1.3.6. Фотохимические реакции  1.4. Statistical mechanics  1.4.1. Функции разделения  1.4.2. Молекулярные функции распределения  1.4.3. Распределение Больцмана  1.4.4. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака  1.5. Спектроскопия  1.5.1. Ротационная спектроскопия  1.5.2. Вибрационная спектроскопия  1.5.3. Электронная спектроскопия  1.5.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  1.5.5. Масс-спектрометрия  1.5.6. Спектроскопия Рамана  1.5.7. Электронный парамагнитный резонанс  1.6. Поверхностная и коллоидная химия  1.6.1. Изотерма абсорбции  1.6.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость  1.6.3. Коллоидная стабильность  1.6.4. Катализ  1.6.5. Эмульсии и мицеллы  1.7. Электрохимия  1.7.1. Уравнение Нернста  1.7.2. Электрохимические ячейки  1.7.3. Проводимость и подвижность  1.7.4. Война  1.7.5. Топливные элементы  1.7.6. Электролиз
  2. Organic chemistry  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Nucleophilic substitution reactions  2.1.2. Электофильные реакции присоединения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перестройки  2.1.5. Radical reactions  2.1.6. Перициклические реакции  2.2. Спектроскопия и определение структуры  2.2.1. УФ-Вид спектроскопия  2.2.2. ИК-спектроскопия  2.2.3. ЯМР-спектроскопия  2.2.4. Масс-спектрометрия  2.2.5. Рентгеновская кристаллография  2.3. Stereoscopic  2.3.1. Хиральность и оптическая активность  2.3.2. Структурный анализ  2.3.3. Геометрическая изомерия  2.3.4. Динамическая стереохимия  2.4. Органометаллическая химия  2.4.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.4.2. Реакции кросс-сочетания с использованием палладия в качестве катализатора  2.4.3. Комплексы переходных металлов  2.4.4. Металл–углеродная связь  2.5. Химия полимеров  2.5.1. Механизм полимеризации  2.5.2. Характеристики полимеров  2.5.3. Биодеградируемый полимер  2.5.4. Проводящий полимер  2.5.5. Супрамолекулярные полимеры  2.6. Медицинская химия  2.6.1. Дизайн и разработка лекарств  2.6.2. Фармакокинетика и фармакодинамика  2.6.3. Соотношения структура-активность  2.6.4. Молекулярный докинг и скрининг лекарств
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Теория кристаллического поля  3.1.2. Теория поля лигандов  3.1.3. Спектрохимический ряд  3.1.4. Хелатирование и стабильность  3.2. Органометаллическая химия  3.2.1. Металлокарбонилы  3.2.2. Катализ органометаллическими комплексами  3.2.3. Металоцены  3.3. Био-неорганическая химия  3.3.1. Металлопротеины и ферменты  3.3.2. Роль металлов в биологических системах  3.3.3. Транспорт и хранение ионов металлов  3.4. Химия твердого тела  3.4.1. Кристаллические структуры  3.4.2. Теория зон в твердых телах  3.4.3. Сверхпроводники  3.4.4. Дефекты в кристалле  3.5. Лантаноиды и актиноиды  3.5.1. Электронная конфигурация в лантанидах и актинидах  3.5.2. Координационная химия лантаноидов  3.5.3. Магнитные свойства лантаноидов
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Тонкослойная хроматография  4.2. Спектроскопические методы  4.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.2.2. Дифракция рентгеновских лучей  4.2.3. Спектроскопия с индуктивно связанной плазмой  4.3. Электроаналитические методы  4.3.1. Потенциометрия  4.3.2. Вольтамперометрия  4.3.3. Колометрия  4.4. Масс-спектрометрия  4.4.1. Техника ионизации  4.4.2. Фрагментационная картина  4.5. Хемометрия  4.5.1. Мультидисциплинарный анализ  4.5.2. Машинное обучение в химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярная динамика  5.1.1. Силовые поля и минимизация энергии  5.1.2. Метод Монте-Карло в симуляциях молекулярной динамики  5.2. Квантовохимические методы  5.2.1. Теория Хартри — Фока  5.2.2. Теория функционала плотности  5.2.3. Полуэмпирические методы  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.3.1. Молекулярный докинг  5.3.2. QSAR Моделирование  5.3.3. Виртуальный скрининг
  6. Биохимия  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Кинетика Михаэлиса-Ментен  6.1.2. Механизм ингибирования  6.2. Метаболизм и биоэнергетика  6.2.1. Гликолиз  6.2.2. Citric acid cycle  6.2.3. Цепь переноса электронов  6.3. Молекулярная биология  6.3.1. Репликация и восстановление ДНК  6.3.2. Синтез белка  6.3.3. Регуляция генов  6.4. Структурная биохимия  6.4.1. Свертывание белка  6.4.2. Мембранная биофизика
  7. Экологическая химия  7.1. Атмосферная химия  7.1.1. Greenhouse gases  7.1.2. Истощение озонового слоя  7.1.3. Загрязнители воздуха и дым  7.2. Химия воды  7.2.1. pH и жесткость воды  7.2.2. Очистка сточных вод  7.2.3. Аквальная Химия  7.3. Химия почвы  7.3.1. Загрязнение тяжелыми металлами  7.3.2. pH почвы и буферизация  7.3.3. Циркуляция питательных веществ  7.4. Токсикология и химическая безопасность  7.4.1. Токсикокинетика  7.4.2. Оценка риска в токсикологии и химической безопасности в экологической химии  7.4.3. Влияние загрязняющих веществ на окружающую среду

Магистрант → Физическая химия → Квантовая химия ↓


Гибридизация и химическое связывание


Гибридизация и химическое связывание являются фундаментальными концепциями для понимания структуры и поведения молекул. В квантовой химии эти идеи помогают нам объяснить, как атомы объединяются и образуют молекулы с уникальной геометрией и свойствами. Это комплексное руководство нацелено на разложение этих сложных тем на легко понимаемые термины, поддерживаемые текстовыми объяснениями и визуальными примерами.

Понимание химического связывания

В основе строения молекулы лежит концепция химического связывания. Атомы достигают более устойчивых конфигураций, связываясь друг с другом. Основные типы химических связей включают ковалентные, ионные и металлические связи:

  • Ковалентная связь: Она включает в себя общую пару электронов между атомами. Ковалентные связи возникают в основном между неметаллическими атомами. Примером этого является образование связи между двумя атомами водорода для формирования молекулы водорода (H2).
  • Ионная связь: Это involves перенос электронов от одного атома к другому, в результате чего формируются ионы. Примером этого является связь в хлориде натрия (NaCl), где натрий передает один электрон хлору.
  • Металлическая связь: Этот тип связи встречается в металлах, где электроны свободно перемещаются в решетке металлических катионов, способствуя таким свойствам, как проводимость и ковкость.

Теория молекулярных орбиталей

Теория молекулярных орбиталей (МО) предоставляет более глубокое понимание того, как атомы комбинируются для образования молекулярных орбиталей. Когда атомные орбитали перекрываются, они формируют новые орбитали, в которых могут находиться электроны, это молекулярные орбитали. Согласно теории МО, молекулярные орбитали могут быть связывающими или разобщающими:

  • Связывающие молекулярные орбитали: Эти орбитали возникают в результате конструктивного взаимодействия атомных орбиталей и имеют более низкую энергию, чем исходные орбитали. Электроны в этих орбиталях помогают стабилизировать молекулу.
  • Антисвязные молекулярные орбитали: Эти орбитали возникают в результате деструктивного взаимодействия и имеют высокую энергию. Электроны в этих орбиталях могут дестабилизировать молекулу.

Простой способ визуального представления этих концепций:

O_2 молекула: sigma* антисвязывающая |________| | | * | | pi* антисвязывающая |________| | | * | | * | | |________| | | pi связывающая |________| | | * | | * | | |________| | | * sigma связывающая Звездочки обозначают антисвязывающие орбитали

Концепция гибридизации

Гибридизация — это концепция, введенная для объяснения молекулярной геометрии. Она включает в себя комбинацию атомных орбиталей для формирования новых гибридных орбиталей, которые вырожденные или одинаковой энергии. Гибридные орбитали могут объяснить формы молекул и предсказать поведение атомов в химических соединениях.

Типы гибридизации

Существующие типы гибридизации следующие:

  • sp-гибридизация: Она происходит, когда s-орбиталь и p-орбиталь комбинируются для формирования двух эквивалентных sp-гибридных орбиталей. Это приводит к линейной геометрии, как видно в BeF2 и ацетилене C2H2. 
    BeF_2: Be: 1s^2 2s^1 2p^1 --> sp F-Be-F (линейная геометрия) sp sp FF ---|------------|---- 180°
  • sp2-гибридизация: В этой один s-орбиталь и две p-орбитали комбинируются для формирования трех sp2-орбиталей. Это обычно приводит к тригональной плоской структуре, как видно в BF3 и этилене C2H4. 
    BF_3: B: 1s^2 2s^1 2p^2 --> sp^2 F | - B - F | F (Тригональная плоская геометрия) sp^2 sp^2 sp^2 F | | / --|-------|-- / 120°
  • sp3-гибридизация: Один s-орбиталь и три p-орбитали комбинируются для формирования четырех эквивалентных sp3-орбиталей, которые имеют тетраэдрическую форму. Примеры включают CH4 и NH3. 
    CH_4: C: 1s^2 2s^1 2p^3 --> sp^3 H | - C - H | HH sp^3 H  H --|-------|-- 109.5°

Визуализация гибридных орбиталей

Для лучшей визуализации гибридизованных орбиталей рассмотрим следующий пример молекулы с sp^3-гибридизацией, такой как метан CH_4 :

CH_4: Пример тетраэдра H | H---C---H | H Гибридные орбитали sp^3 располагаются так, чтобы минимизировать отталкивание, что приводит к углу между связями примерно 109.5°.

Применение гибридизации и связывания

Концепции гибридизации и связывания важны в ряде химических контекстов:

  1. Органическая химия: Понимание гибридизации необходимо для предсказания структуры и реактивности органических молекул.
  2. Неорганическая химия: Переходные металлы часто образуют комплексные ионы, где гибридизация может объяснить необычную геометрию.
  3. Материаловедение: Гибридизация помогает в проектировании новых материалов с определенными электронными свойствами.

Заключение

Гибридизация и химическое связывание являются основными для химии, предоставляя информацию о структуре и поведении молекул. Через модели гибридизации химики могут предсказывать молекулярную геометрию и углы связей. В частности, теория молекулярных орбиталей дополняет гибридизацию, описывая, как электроны распределяются в этих молекулах. Вместе эти концепции формируют основу для понимания обширного и разнообразного мира химии.


Магистрант → 1.2.9


U
username
0%
завершено в Магистрант

← Предыдущий (1.2.8)
Теория валентных связей
Следующий (1.3) →
Химическая кинетика

Комментарии 



Гибридизация и химическое связывание

https://www.chemistryelite.com/g/1.2.9?ceal=ru