معماری مولکولی

از "معمای مولکول"

شیمی آلی شیمی ترکیبات کربن است. ترکیبات کربن و هیدروژن را هیدروکربن می گویند. هزاران هیدروکربن وجود دارد که بسیاری از آنها در گاز طبیعی و نفت یافت می شوند. ساده ترین هیدروکربن متان است - اصلی جزءگاز طبیعی. مولکول متان از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن تشکیل شده است.
شیمیدان ها عاشق تصاویر بصری هستند، بنابراین فرمول های ساختاری و مدل های مختلف فضایی را ایجاد کردند. بر اساس استوارت و بریگلب، مدل‌های مولکولی نیم‌کره‌ای (کالوت - از Kalotte فرانسوی - کلاهک گرد) بسیار موفق هستند که شعاع عملکرد اتم‌های منفرد را در نظر می‌گیرند.
برای ساختن یک مدل فضایی سه بعدی از مولکول متان، بیایید یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن را از جعبه مدل برداریم و آنها را طوری ترکیب کنیم که اتم کربن توسط چهار اتم هیدروژن احاطه شود. مدل مونتاژ شده دارای شکل چهار وجهی است.
با افزایش طول زنجیره آلکان ها، انتقالی از گازها به مایعات و سپس به اجسام مومی شکل مشاهده می شود. همانطور که از جدول به شرح زیر است. 1، اولین اعضای سری آلکان - از C تا C 4 - در فشار معمولی و دمای اتاق - گازهای پنتان و هگزان مایعات سبک، محصولات روغنی از C15 تا C 7 و جامدات از C هستند.
در حال حاضر در ساده ترین ترکیبات آلی، یک رابطه منظم بین ساختار و خواص پیدا شده است. یک شیمیدان باتجربه اغلب می تواند در مورد خواص و عملکرد آن بر اساس نقشه ساخت یک ترکیب نتیجه گیری کند.
کربن همچنین می تواند با هیدروژن ترکیباتی تشکیل دهد که حاوی هیدروژن کمتری نسبت به آلکان ها هستند. به عنوان مثال، ترکیب کل اتیلن (اتن) C2H4 است، یعنی حاوی دو اتم هیدروژن کمتر از اتان است. در اینجا، یک پیوند دوگانه بین هر دو اتم کربن تشکیل می شود، و هر دو اتم در حال حاضر در وضعیت متفاوتی نسبت به آلکان هستند، زاویه پیوند چهار وجهی نیست (109 درجه 28) - 120 درجه است.
برای ساخت مولکول اتیلن، باید اتم های کربن با پیوند دوگانه را از جعبه مدل بگیریم (شکل 4).
در استیلن (اتین C2H2) دو اتم کربن با پیوند سه گانه وجود دارد که زاویه پیوند 180 درجه است. با استفاده از اتم های کربن به شکل نیمکره های متناظر، مدلی از مولکول استیلن می سازیم (شکل 4).
ترکیبات حلقوی مانند سیکلوآلکاها (سیکلوپارافین ها) مانند سیکلوپنتان و سیکلوهگزان که نمایندگان نفتن های ذکر شده قبلی هستند از اهمیت بالایی برخوردار هستند.
مهمترین ترکیب در میان ترکیبات حلقوی معطر، بنزن است. شیمیدانان قرن گذشته برای مدت طولانی متعجب بودند که چگونه ماده ای ساخته می شود که با ترکیب SHF مطابقت دارد. این ترکیب، آشکارا غیر اشباع، رفتار بسیار متفاوتی با اتیلن، پروپیلن یا استیلن دارد. روشنایی به A. Kekule آمد. می گویند او در خواب دید که مار دم خود را گاز می گیرد. بنابراین او ساختار حلقه ای 26 امین مولکول بنزن را تصور کرد.
این فرمول در بهترین حالت با برهمکنش (وضعیت) خاص پیوندهای بنزن با استفاده از دایره ای در یک شش ضلعی مطابقت دارد، این فرمول بیان می کند که سه جفت الکترون حلقه بنزن در یک شش ضلعی واحد ترکیب شده اند. برای درک واضح تر در شکل. شکل 4 یک مدل نیمکره ای از بنزن را نشان می دهد.

صفحه 1

نظریه ظرفیت نقش عمده ای در توسعه نظریه شیمی به طور عام و شیمی آلی به طور خاص داشته است. بر اساس تئوری ظرفیت، ککوله پیشنهاد کرد که اتم کربن چهار ظرفیتی است و در سال 1858 سعی کرد بر اساس این فرض، ساختار ساده ترین مولکول ها و رادیکال های آلی را ارائه دهد. در همان سال 1858، شیمیدان اسکاتلندی آرچیبالد اسکات کوپر (1831-1892) پیشنهاد کرد که نیروهای متصل کننده اتم ها (یا پیوندها، همانطور که معمولاً به آنها گفته می شود) را به شکل خط تیره به تصویر بکشد. پس از "ساخته شدن" اولین مولکول آلی، کاملاً مشخص شد که چرا مولکول های آلی، به عنوان یک قاعده، بسیار بزرگتر و پیچیده تر از غیر آلی هستند.

بر اساس ایده‌های ککوله، اتم‌های کربن می‌توانند با استفاده از یک یا چند پیوند از چهار پیوند ظرفیتی خود به یکدیگر متصل شوند و زنجیره‌های بلندی را تشکیل دهند - مستقیم یا منشعب. ظاهراً هیچ اتم دیگری این توانایی قابل توجه را به اندازه کربن ندارد.

بنابراین، با تصور اینکه هر اتم کربن دارای چهار پیوند ظرفیتی است، و هر اتم هیدروژن دارای یک پیوند است، می توانیم سه هیدروکربن ساده (ترکیباتی که مولکول های آنها فقط توسط اتم های کربن و هیدروژن تشکیل می شوند)، متان CH4، اتان C2H6 و پروپان C3H8 را به تصویر بکشیم. ، به روش زیر:

با افزایش تعداد اتم‌های کربن، می‌توان این توالی را تقریباً به‌طور نامحدود ادامه داد. با افزودن اکسیژن (دو پیوند ظرفیتی) یا نیتروژن (پیوندهای سه ظرفیتی) به زنجیره هیدروکربنی، فرمول های ساختاری مولکول های اتانول (C2H6O) و متیل آمین (CH5N) را می توان نشان داد:

با فرض امکان دو پیوند (پیوند دوگانه) یا سه پیوند (پیوند سه گانه) بین اتم های مجاور، می توان فرمول ساختاری ترکیباتی مانند اتیلن (C2H4)، استیلن (C2H2)، متیل سیانید (C2H3N)، استون (C3H6O) را به تصویر کشید. و اسید استیک (C2H4O2):

سودمندی فرمول های ساختاری به قدری آشکار بود که بسیاری از شیمیدانان آلی آنها را به یکباره پذیرفتند. آنها تمام تلاش‌ها برای به تصویر کشیدن مولکول‌های آلی را به‌عنوان ساختارهایی که از رادیکال‌ها ساخته شده‌اند، کاملاً منسوخ تشخیص دادند. در نتیجه، هنگام نوشتن فرمول یک ترکیب، لازم بود که ساختار اتمی آن نشان داده شود.

شیمیدان روسی الکساندر میخایلوویچ باتلروف (1823-1886) از این سیستم جدید فرمولهای ساختاری در نظریه ساختار ترکیبات آلی استفاده کرد. در دهه 60 قرن گذشته، او نشان داد که چگونه با کمک فرمول های ساختاری، دلایل وجود ایزومرها را می توان به وضوح توضیح داد (به فصل 5 مراجعه کنید). بنابراین، به عنوان مثال، اتیل الکل و دی متیل اتر دارای فرمول تجربی یکسان C2H6O هستند، اما فرمول های ساختاری این ترکیبات به طور قابل توجهی متفاوت است:

بنابراین، جای تعجب نیست که تغییر در آرایش اتم ها منجر به دو مجموعه از خواص بسیار متفاوت شود. در اتیل الکل، یکی از شش اتم هیدروژن به اتم اکسیژن متصل است، در حالی که در دی متیل اتر، هر شش اتم هیدروژن به اتم های کربن متصل هستند. اتم اکسیژن اتم هیدروژن را ضعیف تر از اتم کربن نگه می دارد، به طوری که سدیم فلزی اضافه شده به اتانول جایگزین هیدروژن می شود (یک ششم کل). سدیم اضافه شده به دی متیل اتر به هیچ وجه جایگزین هیدروژن نمی شود. بنابراین، هنگام ترسیم فرمول های ساختاری، می توان از آنها راهنمایی کرد واکنش های شیمیاییو فرمول های ساختاری به نوبه خود می توانند به درک ماهیت واکنش ها کمک کنند.

باتلروف به یکی از انواع ایزومریسم به نام توتومریسم (ایزومری پویا) توجه ویژه ای داشت که در آن برخی از مواد همیشه به صورت مخلوطی از دو ترکیب عمل می کنند. اگر یکی از این ترکیبات به صورت خالص جدا شود، بلافاصله تا حدی به ترکیب دیگری منتقل می شود. باتلروف نشان داد که توتومریسم به دلیل انتقال خود به خود یک اتم هیدروژن از یک اتم اکسیژن به یک اتم کربن همسایه است (و بالعکس).

برای اثبات کامل اعتبار سیستم فرمول های ساختاری، لازم بود فرمول ساختاری بنزن، هیدروکربنی حاوی شش اتم کربن و شش اتم هیدروژن تعیین شود. این بلافاصله انجام نشد. به نظر می رسید که چنین فرمول ساختاری وجود ندارد که در عین حال که الزامات ظرفیت را برآورده کند، در عین حال پایداری بیشتر ترکیب را توضیح دهد. اولین نسخه های فرمول های ساختاری بنزن بسیار شبیه فرمول های برخی از هیدروکربن ها بود - ترکیباتی که بسیار ناپایدار هستند و از نظر خواص شیمیایی مشابه بنزن نیستند.

اتم کربن بلوک اصلی ساختمانی است که ترکیبات آلی از آن ساخته می شود. برای پر کردن پوسته ظرفیت با هشت الکترون (مانند گاز بی اثر)، یک اتم کربن باید الکترون های خود را با الکترون های چهار اتم هیدروژن جفت کند.

در نتیجه هیبریداسیون و جفت شدن الکترون ها، هم لایه الکترونی ظرفیتی کربن و هم لایه ظرفیتی اتم های هیدروژن پر می شوند. یک پیکربندی الکترونیکی بسیار پایدار ایجاد می شود و یک مولکول پایدار CH 4 به نام متان تشکیل می شود.

الکترون های اتم های مختلف جفت هایی را تشکیل می دهند که به صورت نمادین با نقطه نشان داده می شود. هر جفت چنین الکترونی یک پیوند کووالانسی تشکیل می دهد. برای راحتی، هر یک از این جفت‌های الکترون از اتم‌های مختلف، یا یک پیوند کووالانسی، معمولاً به‌عنوان یک خط (پیوند) که اتم‌های پیوند خورده را به هم متصل می‌کند، نشان می‌دهند.

چهار پیوند از اتم کربن نشان دهنده چهار ظرفیتی است که اتم کربن دارد. به طور مشابه، یک پیوند بین هر اتم هیدروژن و کربن نشان دهنده ظرفیتی است که هر اتم هیدروژن دارد.

با این حال، این نمایش های ساده شده هندسه سه بعدی واقعی مولکول متان را منعکس نمی کنند. متان به دلیل هیبریداسیون ساختار چهار وجهی دارد. تمام زوایای بین پیوندهای HCH در متان 109.5 درجه است (شکل 8). ساختار چهار وجهی به هر یک از اتم های هیدروژن اجازه می دهد تا جایی که ممکن است از اتم های هیدروژن همسایه خود را اشغال کنند. در نتیجه، نیروهای دافعه بین اتم های هیدروژن مجاور به حداقل می رسد.

پیوندهای کووالانسی کربن-هیدروژن در متان پیوندهای قوی هستند. برای به دست آوردن 1 گرم مولکول (1 مول) متان (16 گرم) اتم های کربن و هیدروژن تشکیل دهنده آن، باید 404 کیلو کالری انرژی صرف کرد. از آنجایی که چهار پیوند کربن-هیدروژن در مولکول متان وجود دارد، هر یک دارای انرژی متوسط ​​101 کیلو کالری در مول هستند. چنین پیوندی یک پیوند کووالانسی بسیار قوی در نظر گرفته می شود.

کربن (C) ششمین عنصر جدول تناوبی مندلیف با وزن اتمی 12 است. این عنصر متعلق به غیر فلزات است و ایزوتوپ آن 14 درجه سانتیگراد است. ساختار اتم کربن زیربنای تمام شیمی آلی است، زیرا همه مواد آلی شامل مولکول های کربن

اتم کربن

موقعیت کربن در جدول تناوبی مندلیف:

• شماره سریال ششم;
• گروه چهارم؛
• دوره دوم.

برنج. 1. موقعیت کربن در جدول تناوبی.

بر اساس داده های جدول، می توان نتیجه گرفت که ساختار اتم عنصر کربن شامل دو پوسته است که شش الکترون روی آن قرار دارند. ظرفیت کربن که بخشی از مواد آلی است ثابت و برابر IV است. این بدان معناست که چهار الکترون در سطح الکترونیکی بیرونی و دو الکترون در سطح داخلی وجود دارد.

از چهار الکترون، دو الکترون یک اوربیتال کروی 2s و دو الکترون باقیمانده یک اوربیتال دمبلی شکل 2p را اشغال می کنند. در حالت برانگیخته، یک الکترون از اوربیتال 2s به یکی از اوربیتال های 2p حرکت می کند. هنگامی که یک الکترون از یک اوربیتال به مدار دیگر حرکت می کند، انرژی صرف می شود.

بنابراین، یک اتم کربن برانگیخته دارای چهار الکترون جفت نشده است. پیکربندی آن را می توان با فرمول 2s 1 2p 3 بیان کرد. این امکان ایجاد چهار پیوند کووالانسی با عناصر دیگر را فراهم می کند. به عنوان مثال، در یک مولکول متان (CH 4)، کربن با چهار اتم هیدروژن پیوند ایجاد می کند - یک پیوند بین اوربیتال های s هیدروژن و کربن و سه پیوند بین اوربیتال های p کربن و اوربیتال های s هیدروژن.

طرح ساختار اتم کربن را می توان به صورت +6C) 2) 4 یا 1s 2 2s 2 2p 2 نشان داد.

برنج. 2. ساختار اتم کربن.

مشخصات فیزیکی

کربن به طور طبیعی به شکل وجود دارد سنگ ها. چندین تغییر آلوتروپیک کربن شناخته شده است:

• گرافیت؛
• الماس;
• کارابین;
• زغال سنگ;
• دوده

همه این مواد در ساختار شبکه کریستالی متفاوت هستند. سخت ترین ماده - الماس - شکل مکعبی کربن دارد. در دماهای بالا، الماس به گرافیت با ساختار شش ضلعی تبدیل می شود.

برنج. 3. شبکه های کریستالی از گرافیت و الماس.

خواص شیمیایی

ساختار اتمی کربن و توانایی آن در اتصال چهار اتم یک ماده دیگر را تعیین می کند خواص شیمیاییعنصر کربن با فلزات واکنش داده و کاربیدها را تشکیل می دهد:

• Ca + 2C → CaC 2;
• Cr + C → CrC;
• 3Fe + C → Fe 3 C.

همچنین با اکسیدهای فلزی واکنش می دهد:

• 2ZnO + C → 2Zn + CO 2 ;
• PbO + C → Pb + CO;
• SnO 2 + 2C → Sn + 2CO.

در دماهای بالا، کربن با غیر فلزات، به ویژه با هیدروژن واکنش می دهد و هیدروکربن ها را تشکیل می دهد:

C + 2H 2 → CH 4.

با اکسیژن، کربن تشکیل می شود دی اکسید کربنو مونوکسید کربن:

• C + O 2 → CO 2;
• 2C + O 2 → 2CO.

مونوکسید کربن نیز هنگام تعامل با آب تشکیل می شود.

ادامه برای شروع، نگاه کنید № 15, 16/2004

درس 5
اوربیتال های اتمی کربن

یک پیوند شیمیایی کووالانسی با استفاده از جفت‌های الکترون پیوند مشترک از نوع زیر تشکیل می‌شود:

یک پیوند شیمیایی تشکیل دهید، یعنی. فقط الکترون های جفت نشده می توانند یک جفت الکترون مشترک با یک الکترون "خارجی" از اتم دیگر ایجاد کنند. هنگام نوشتن فرمول های الکترونیکی، الکترون های جفت نشده یکی یکی در سلول مداری قرار می گیرند.
اوربیتال اتمی تابعی است که چگالی ابر الکترونی را در هر نقطه از فضای اطراف هسته یک اتم توصیف می کند. ابر الکترونی ناحیه ای از فضا است که می توان الکترون را با احتمال زیاد در آن یافت.
برای هماهنگ ساختن ساختار الکترونیکی اتم کربن و ظرفیت این عنصر، از مفاهیم برانگیختگی اتم کربن استفاده می شود. در حالت عادی (تحریک نشده)، اتم کربن دارای دو 2 جفت نشده است آر 2 الکترون در حالت برانگیخته (هنگامی که انرژی جذب می شود) یکی از 2 س 2 الکترون می تواند به آزاد منتقل شود آر- مداری سپس چهار الکترون جفت نشده در اتم کربن ظاهر می شوند:

به یاد بیاورید که در فرمول الکترونیکی یک اتم (به عنوان مثال، برای کربن 6 C - 1 س 2 2س 2 2پ 2) اعداد بزرگ در جلوی حروف - 1، 2 - نشان دهنده تعداد سطح انرژی است. نامه ها سو آرشکل ابر الکترونی (اوربیتال ها) را نشان می دهد و اعداد سمت راست بالای حروف نشان دهنده تعداد الکترون های یک اوربیتال معین است. همه س- اوربیتال های کروی:

در سطح انرژی دوم به جز 2 س-سه اوربیتال وجود دارد 2 آر-اوربیتال ها این 2 آر-اوربیتال ها شکلی بیضوی دارند، شبیه به دمبل، و در فضا با زاویه 90 درجه نسبت به یکدیگر جهت گیری می کنند. 2 آر-اوربیتال ها 2 را نشان می دهند p x, 2r yو 2 pzبا توجه به محورهایی که این مدارها در امتداد آن قرار دارند.

هنگامی که پیوندهای شیمیایی تشکیل می شود، اوربیتال های الکترونی شکل یکسانی پیدا می کنند. بنابراین، در هیدروکربن های اشباع، یک س- مداری و سه آراوربیتال های یک اتم کربن برای تشکیل چهار یکسان (هیبرید) sp 3-اوربیتال ها:

آی تی - sp 3 - هیبریداسیون.
هیبریداسیون- هم ترازی (اختلاط) اوربیتال های اتمی ( سو آر) با تشکیل اوربیتال های اتمی جدید، به نام اوربیتال های ترکیبی.

اوربیتال های هیبریدی شکلی نامتقارن دارند که به سمت اتم متصل کشیده شده اند. ابرهای الکترونی یکدیگر را دفع می کنند و تا حد امکان در فضا قرار دارند. در عین حال، محورهای چهار sp 3-اوربیتال های ترکیبیمعلوم می شود که به سمت رئوس چهار وجهی (هرم مثلثی منظم) هدایت می شود.
بر این اساس، زوایای بین این اوربیتال ها چهار وجهی، برابر با 109 درجه 28 اینچ است.
بالای اوربیتال های الکترونی می تواند با اوربیتال های اتم های دیگر همپوشانی داشته باشد. اگر ابرهای الکترونی در امتداد خطی که مراکز اتم ها را به هم متصل می کند همپوشانی داشته باشند، چنین پیوند کووالانسی نامیده می شود. sigma() -bond. به عنوان مثال، در یک مولکول اتان C 2 H 6، یک پیوند شیمیایی بین دو اتم کربن با همپوشانی دو اوربیتال هیبریدی تشکیل می شود. این یک ارتباط است. علاوه بر این، هر یک از اتم های کربن با سه خود sp 3-اوربیتال ها با هم همپوشانی دارند ساوربیتال های سه اتم هیدروژن، تشکیل سه پیوند.

در مجموع، سه حالت ظرفیت با انواع مختلف هیبریداسیون برای یک اتم کربن امکان پذیر است. بجز sp 3-هیبریداسیون وجود دارد sp 2 - و sp-هیبریداسیون
sp 2 -هیبریداسیون- مخلوط کردن یکی س- و دو آر-اوربیتال ها در نتیجه، سه ترکیبی sp 2-اوربیتال ها اینها sp 2-اوربیتال ها در یک صفحه قرار دارند (با محور ایکس, در) و به سمت رئوس مثلث با زاویه بین اوربیتال های 120 درجه هدایت می شوند. هیبرید نشده
آر-اوربیتال عمود بر صفحه سه هیبرید است sp 2 اوربیتال (در امتداد محور z). نیمه بالایی آر-اوربیتال ها بالای صفحه قرار دارند، نیمه پایینی زیر صفحه است.
نوعی از sp 2-هیبریداسیون کربن در ترکیبات با پیوند دوگانه رخ می دهد: C=C، C=O، C=N. علاوه بر این، تنها یکی از پیوندهای بین دو اتم (مثلاً C=C) می تواند پیوند باشد. (سایر اوربیتال های پیوند اتم در جهت مخالف هستند.) پیوند دوم در نتیجه همپوشانی غیر هیبرید ایجاد می شود. آراوربیتال ها در دو طرف خطی که هسته اتم ها را به هم متصل می کند.

پیوند کووالانسی از همپوشانی جانبی ایجاد می شود آر-اوربیتال های اتم های کربن همسایه نامیده می شود pi() -bond.

تحصیلات - ارتباطات

به دلیل همپوشانی کمتر اوربیتال ها، پیوند - از - پیوند کمتر است.
sp-هیبریداسیوناختلاط (تراز در شکل و انرژی) یک است s-و یکی
آر-اوربیتال ها با تشکیل دو هیبرید sp-اوربیتال ها sp- اوربیتال ها در یک خط (با زاویه 180 درجه) قرار دارند و در جهت مخالف از هسته اتم کربن هدایت می شوند. دو
آر-اوربیتال ها بدون هیبرید باقی می مانند. آنها عمود بر یکدیگر قرار می گیرند.
جهت - اتصالات. روی تصویر sp-اوربیتال ها در امتداد محور نشان داده شده اند y، و دو هیبرید نشده
آر-اوربیتال ها - در امتداد محورها ایکسو z.

پیوند سه گانه کربن و کربن CC از یک پیوند تشکیل شده است که هنگام همپوشانی ایجاد می شود
sp-اوربیتال های ترکیبی و دو پیوند.
رابطه بین پارامترهای اتم کربن مانند تعداد گروه های متصل، نوع هیبریداسیون و انواع پیوندهای شیمیایی تشکیل شده در جدول 4 نشان داده شده است.

جدول 4

پیوندهای کووالانسی کربن

تعداد گروه ها مربوط با کربن	نوعی از هیبریداسیون	انواع شرکت کننده پیوندهای شیمیایی	نمونه هایی از فرمول های ترکیبی
4	sp 3	چهار - اتصالات
3	sp 2	سه - اتصالات و یکی اتصال است
2	sp	دو - اتصالات و دو اتصال	H-CC-H

تمرینات.

1. کدام الکترون های اتم (مثلاً کربن یا نیتروژن) جفت نشده نامیده می شوند؟

2. مفهوم "جفت الکترون مشترک" در ترکیبات با پیوند کووالانسی به چه معناست (به عنوان مثال، CH 4 یا H 2 S )?

3. حالات الکترونیکی اتم ها چگونه است (مثلاً C یان ) اساسی نامیده می شوند و کدام هیجان زده می شوند؟

4. اعداد و حروف در فرمول الکترونیکی یک اتم به چه معناست (مثلاً C یان )?

5. اوربیتال اتمی چیست؟ چند اوربیتال در سطح انرژی دوم اتم C وجود دارد؟ و چه تفاوتی با هم دارند؟

6. تفاوت بین اوربیتال های ترکیبی و اوربیتال های اولیه که از آنها تشکیل شده اند چیست؟

7. چه انواع هیبریداسیون برای اتم کربن شناخته شده است و چه هستند؟

8. تصویری از آرایش فضایی اوربیتال ها برای یکی از حالت های الکترونیکی اتم کربن رسم کنید.

9. به چه پیوندهای شیمیایی می گویند و چی? مشخص نمودن-و-اتصالات در اتصالات:

10. برای اتم های کربن ترکیبات زیر، نشان دهید: الف) نوع هیبریداسیون. ب) انواع پیوندهای شیمیایی آن؛ ج) زوایای پیوند.

پاسخ تمرینات مبحث 1

درس 5

1. الکترون هایی که در هر اوربیتال یک هستند نامیده می شوند الکترون های جفت نشده. به عنوان مثال، در فرمول پراش الکترون یک اتم کربن برانگیخته، چهار الکترون جفت نشده وجود دارد و اتم نیتروژن دارای سه الکترون است:

2. دو الکترون که در تشکیل یک پیوند شیمیایی شرکت می کنند نامیده می شوند جفت الکترون مشترک. معمولاً قبل از تشکیل یک پیوند شیمیایی، یکی از الکترون های این جفت متعلق به یک اتم و الکترون دیگر متعلق به اتم دیگری بود:

3. حالت الکترونیکیاتمی که ترتیب پر شدن اوربیتال های الکترونیکی در آن رعایت می شود: 1 س 2 , 2س 2 , 2پ 2 , 3س 2 , 3پ 2 , 4س 2 , 3د 2 , 4پ 2 و غیره نامیده می شود حالت اصلی. AT حالت هیجانییکی از الکترون های ظرفیت اتم یک اوربیتال آزاد با انرژی بالاتر را اشغال می کند، چنین انتقالی با جداسازی الکترون های زوج همراه است. به صورت شماتیک به این صورت نوشته شده است:

در حالی که در حالت پایه فقط دو الکترون جفت نشده ظرفیتی وجود داشت، در حالت برانگیخته چهار الکترون از این قبیل وجود دارد.

5. اوربیتال اتمی تابعی است که چگالی یک ابر الکترونی را در هر نقطه از فضای اطراف هسته یک اتم مشخص می کند. در دومین سطح انرژی اتم کربن - 2 - چهار اوربیتال وجود دارد س, 2p x, 2r y, 2pz. این اوربیتال ها عبارتند از:
الف) شکل ابر الکترونی ( س- توپ، آر- دمبل)؛
ب) آراوربیتال ها جهت گیری های متفاوتی در فضا دارند - در امتداد محورهای متقابل عمود بر هم ایکس, yو z، نشان داده می شوند p x, r y, pz.

6. اوربیتال های ترکیبی از نظر شکل و انرژی با اوربیتال های اصلی (غیر هیبریدی) متفاوت هستند. مثلا، س- مداری - شکل یک کره، آر- شکل متقارن هشت، sp-اوربیتال هیبریدی - نامتقارن شکل هشت.
تفاوت انرژی: E(س) < E(sp) < E(آر). به این ترتیب، sp-orbital - اوربیتالی که از نظر شکل و انرژی به طور میانگین بدست می آید که از اختلاط اولیه بدست می آید س- و پ-اوربیتال ها

7. سه نوع هیبریداسیون برای اتم کربن شناخته شده است: sp 3 , sp 2 و sp (متن درس 5 را ببینید).

9. پیوند - پیوند کووالانسی که از همپوشانی پیشانی اوربیتال ها در امتداد خطی که مراکز اتم ها را به هم متصل می کند، ایجاد می شود.
-bond - یک پیوند کووالانسی که از همپوشانی جانبی تشکیل می شود آراوربیتال های دو طرف خطی که مراکز اتم ها را به هم متصل می کند.
- پیوندها با خط دوم و سوم بین اتم های متصل نشان داده می شوند.