Chemistry Labs
Đại học · 15 phút

Obitan lai hoá và sự định xứ

Hiển thị các thùy sp, sp² và sp³ trong 3D, rồi gắn mỗi kiểu lai hoá với hình học, cộng hưởng và vai trò CIP trong đồng phân lập thể.

Hình 3D các thùy obitan lai hoá (pha dương cam, pha âm xanh) cho kiểu sp, sp² hoặc sp³ đã chọn trên một hoặc hai nguyên tử.

Mục tiêu

Nhận diện lai hoá của cacbon từ hình học (sp³ tứ diện, sp² phẳng, sp thẳng) và dùng nó để phán đoán cộng hưởng hay siêu liên hợp có thể hoạt động ở đâu.

Dụng cụ và hoá chất

Trình xem obitan bên dưới; các ví dụ CHX4\ce{CH4}, CX2HX4\ce{C2H4}, CX2HX2\ce{C2H2} và cation allyl.

Cách làm

  1. Đặt type = 2 (sp³) và xoay: đếm bốn thùy tương đương hướng về bốn đỉnh tứ diện.
  2. Đặt type = 1 (sp²): ba thùy nằm trong mặt phẳng cách nhau 120°; obitan p chưa lai hoá dựng vuông góc.
  3. Đặt type = 0 (sp): hai thùy đối nhau ở 180°, hai obitan p vuông góc — công thức của liên kết ba.
  4. Xác định lai hoá của mọi cacbon trong CHX2=CH−CHX2X+\ce{CH2=CH-CH2+} và nêu vị trí obitan p trống cần có để cộng hưởng xảy ra.

Điều cần quan sát

  • Thùy sp³ đạt 109,5°; thùy sp² đồng phẳng ở 120°; thùy sp thẳng hàng ở 180° — tỉ lệ trộn n s + m p quyết định góc.
  • Cacbon sp² luôn còn một obitan p tự do; sự xếp thẳng các obitan p kề nhau chính là điều cộng hưởng và siêu liên hợp cần.

Giải thích

Lai hoá là cách kể lại cơ sở hoá trị: trộn một s với k obitan p cho k+1 thùy tương đương xếp theo hình học cực tiểu hoá lực đẩy — và để lại 3−k obitan p nguyên chất. Hệ p dư giải thích cộng hưởng (CHX2=CH−CHX2X+\ce{CH2=CH-CH2+} ↔ + CHX2−CH=CHX2\ce{+CH2-CH=CH2}) và siêu liên hợp (cho σ C–H vào obitan p hay π* kề cạnh), cùng cách kể electron đứng sau mô tả CIP của tâm lập thể.

Lịch sử thí nghiệm

Pauling đưa ra khái niệm lai hoá obitan năm 1931 để hoà hợp thuyết liên kết hoá trị với cacbon tứ diện — cũng chính hình ảnh cho phép kể cộng hưởng.

Nhà hoá học liên quan

Chủ đề liên quan

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.