本特規則
編輯在化學中,本特規則描述和解釋了分子中中心原子的軌道雜化與取代基的電負性之間的關系。 該規則由 Henry A. Bent 表述如下:
原子的特征集中在指向電正性取代基的軌道上。
分子的化學結構與其性質和反應性密切相關。 價鍵理論提出分子結構是由原子之間的共價鍵引起的,并且每個鍵由兩個重疊且通常雜化的原子軌道組成。 傳統上,假定分子中的 p 區元素嚴格雜化為 spn,其中 n 為 1、2 或 3。此外,雜化軌道均假定為等價(即 n + 1 個 spn 軌道具有相同的 p 字符)。 這種方法的結果通常很好,但可以通過允許等價雜交來改進,其中雜交軌道可能具有非整數和不相等的 p 特征。 本特規則提供了關于如何構建這些雜交軌道的定性估計。 本規則是在一個分子中,與多個基團鍵合的中心原子會發生雜化,因此具有更多 s 特征的軌道將指向電正性基團,而具有更多 p 特征的軌道將指向電負性更強的基團。 通過去除所有雜化軌道都是等效的 spn 軌道的假設,可以獲得更好的預測和對分子幾何形狀和鍵強度等性質的解釋。 本特規則已被提議作為 VSEPR 理論的替代方案,作為對觀察到的簡單分子的分子幾何形狀的基本解釋,其優點是更容易與現代鍵合理論協調并具有更強的實驗支持。
最近檢查了主族元素之間 75 種鍵類型的本規則的有效性。 對于與較低周期較大原子的鍵,軌道雜交的趨勢在很大程度上取決于電負性和軌道大小。
歷史
編輯在 20 世紀 30 年代初期,在量子力學的大部分初步發展之后不久,鮑林、斯萊特、庫爾森等人開始將這些理論應用于分子結構。 特別是,Pauling 引入了雜化的概念,其中原子 s 和 p 軌道結合起來給出雜化 sp、sp2 和 sp3 軌道。 雜化軌道在解釋甲烷(具有 sp3 碳的四面體)等簡單分子的分子幾何結構方面被證明是有力的。 然而,與這些理想幾何形狀的輕微偏差在 1940 年代變得明顯。 一個特別著名的例子是水,其中氫之間的角度為 104.5°,遠小于預期的 109.5°。 為了解釋這種差異,有人提出雜交會導致軌道具有不相等的 s 和 p 特征。 A. D. Walsh 在 1947 年描述了與碳鍵合的基團的電負性與所述碳的雜化之間的關系。 最后,在 1961 年,Bent 發表了一篇關于分子結構、中心原子雜化和取代基電負性相關文獻的主要評論,本特規則正是因這項工作而得名。
理由
編輯極性共價鍵
本特規則的非正式證明依賴于 s 軌道的能量低于 p 軌道。 不同電負性的元素之間的鍵將是極性的,并且這種鍵中的電子密度將向更具電負性的元素移動。 將此應用于分子氟甲烷提供了本特規則的演示。 因為碳比氫更具電負性,所以 C-H 鍵中的電子密度將更接近碳。 由于碳附近的電子密度增加,這些電子的能量將在很大程度上取決于碳為這些鍵貢獻的雜化軌道。
通過增加這些混合軌道中 s 特征的數量,可以降低這些電子的能量,因為 s 軌道的能量低于 p 軌道。
根據相同的邏輯和氟比碳更具電負性的事實,C-F 鍵中的電子密度將更接近氟。 碳對 C-F 鍵貢獻的雜化軌道中的電子密度將比 C-H 情況下的電子密度相對低,因此該鍵的能量將較少依賴于碳的雜化。 通過將更多 p 特征的雜化軌道指向氟,該鍵的能量不會增加很多。
不是將等效的 sp3 軌道指向所有四個取代基,而是將 s 特性移向 C-H 鍵將xxx穩定這些鍵,因為碳附近的電子密度增加,而將 s 特性從 C-F 鍵移開將增加其能量較少量 因為那個鍵的電子密度離碳更遠。
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