Изобразите структурные формулы метана и этана. Поясните, как образуются химические связи в молекулах этих вешеств при перекрывании соответствующих электронных орбиталей.
Решение
Метан: H–C(–H)(–H)–H — атом углерода в центре, четыре связи C–H. Атом углерода в возбуждённом состоянии (2s¹2p³) подвергается sp³-гибридизации: одна s- и три p-орбитали смешиваются в четыре одинаковые гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра; каждая перекрывается с 1s-орбиталью атома водорода — четыре σ-связи C–H под углом 109°28′.
Этан: H₃C–CH₃ — оба атома углерода sp³-гибридизованы; связь C–C образуется осевым перекрыванием двух sp³-орбиталей (σ-связь, длина 0,154 нм), остальные шесть sp³-орбиталей перекрываются с 1s-орбиталями водорода — шесть σ-связей C–H; вокруг связи C–C возможно вращение.
Ответ
CH₄: четыре sp³-орбитали C перекрываются с 1s водорода — 4 σ-связи, тетраэдр; C₂H₆: σ-связь C–C (sp³–sp³) и 6 σ-связей C–H (sp³–s)