1) Dwóm atomom węgla w cząsteczce etenu przypisuje się stan hybrydyzacji walencyjnych orbitali atomowych [a] sp / [b] sp² / [c] sp³.

2) Wiązanie σ, które powstaje między dwoma atomami węgla w cząsteczce etenu tworzy się z dwóch [a] orbitali atomowych zhybrydyzowanych / [b] orbitali atomowych niezhybrydyzowanych. Wiązanie π, które powstaje między dwoma atomami węgla w cząsteczce etenu tworzy się z dwóch [c] orbitali atomowych zhybrydyzowanych / [d] orbitali atomowych niezhybrydyzowanych. 

3)  Kąt między wiązaniami H-C-H w cząsteczce etenu wynosi około [a] 109° / [b] 120° / [c] 180° i jest [d] mniejszy / [e] większy  od kąta między wiązaniami H-C-H w cząsteczce etanu oraz jest [f] mniejszy / [g] większy od kąta między wiązaniami H-C-H w cząsteczce etynu.

 

---

Wyjaśnienie:

Poniżej znajduje się tabela, która przypomina jak na podstawie otoczenia atomu węgla, w związkach organicznych, określić typ hybrydyzacji jego walencyjnych orbitali atomowych:

Ilość i rodzaj wiązań wychodzących z danego atomu węgla	Liczba przestrzenna atomu węgla	Hybrydyzacja atomu węgla	Nazwa orientacji przestrzennej orbitali atomów węgla
cztery wiązania pojedyncze	4	sp3	tetragonalna
jedno wiązanie podwójne i dwa wiązania pojedyncze	3	sp2	trygonalna
dwa wiązania podwójne	2	sp	digonalna
jedno wiązanie potrójne i jedno wiązanie pojedyncze	2	sp	digonalna

Walencyjne orbitale atomowe węgli:

• w cząsteczce etanu znajdują się w hybrydyzacji sp³,
• w cząsteczce etenu znajdują się w hybrydyzacji sp²,
• w cząsteczce etynu znajdują się w hybrydyzacji sp.

Stan hybrydyzacji typu sp², powstaje w wyniku mieszania jednego orbitalu s z dwoma orbitalami p. W rezultacie tworzą się trzy zhybrydyzowane orbitale sp² ułożone płasko pod kątem 120°. Atom węgla w cząsteczce etanu tworzy trzy wiązania sigma: dwa z atomami wodoru i jedno z innym atomem węgla. Jeden z orbitali p pozostaje niezhybrydyzowany i bierze udział w tworzeniu wiązania π w podwójnym wiązaniu węgiel-węgiel. 

Wiązania σ powstają przez czołowe nałożenie się orbitali atomowych pierwiastków tworzących dane wiązanie. Wiązania π natomiast przez ich nałożenie boczne. Tylko jedna para orbitali atomowych dwóch atomów tworzących wiązanie jest w stanie nałożyć się czołowo.

Rozróżnienia wiązań sigma (σ) od pi (π) najlepiej dokonywać pamiętając o poniższych zasadach:

• każde wiązanie pojedyncze jest wiązaniem sigma (σ),
• każde wiązanie podwójne składa się z jednego wiązania sigma (σ) i jednego wiązania pi (π),
• każde wiązanie potrójne zawiera jedno wiązanie sigma (σ) i dwa wiązania pi (π).

Poniżej znajduje się przypomnienie informacji dotyczących rodzajów hybrydyzacji walencyjnych orbitali atomowych węgla:

Hybrydyzacja to matematyczny zabieg, który opisuje powstawanie teoretycznych orbitali zhybrydyzowanych i przez to wyjaśnia kształty przestrzenne niektórych drobin. Orbitale zhybrydyzowane powstają w wyniku „wymieszania” określonych orbitali atomowych, czego efektem jest utworzenie nowych, równocennych orbitali o takim samym kształcie przestrzennym i tej samej energii. Orbitale walencyjne atomu węgla mogą występować w trzech hybrydyzacjach:

•  sp³ - wymieszanie 3 orbitali p i jednego orbitalu s (wszystkich orbitali walencyjnych), które skutkuje powstaniem 4 zhybrydyzowanych równocennych orbitali sp³:

Atom węgla w takiej hybrydyzacji jest w stanie wytworzyć 4 wiązania sigma i tworzyć cząsteczki o kształcie tetraedrycznym, w których kąty pomiędzy wiązaniami przyjmują wielkości ok. 109°. Atom węgla w takiej hybrydyzacji tworzy 4 wiązania pojedyncze.

•  sp² - wymieszanie 2 orbitali p i jednego orbitalu s, które skutkuje powstaniem 3 zhybrydyzowanych równocennych orbitali sp²:

Atom tego typu jest w stanie tworzyć 3 równocenne wiązania σ (w wyniku czołowego nałożenia się zhybrydyzowanych orbitali sp²) i jedno wiązanie π (w wyniku bocznego nałożenia się niezhybrydyzowanego orbitalu p_z), co skutkuje tworzeniem przez niego struktur płaskich trójkątnych z kątem pomiędzy wiązaniami wynoszącym 120°. Atom węgla w takiej hybrydyzacji tworzy 2 wiązania pojedyncze (σ) i jedno wiązanie podwójne (σ+π).

•  sp - wymieszanie jednego orbitalu p i jednego orbitalu s, które skutkuje powstaniem 2 zhybrydyzowanych równocennych orbitali sp:

Atom tego typu jest w stanie tworzyć 2 równocenne wiązania σ i dwa wiązania π, co skutkuje tworzeniem przez niego struktur liniowych z kątem pomiędzy wiązaniami wynoszącym 180°. Atom węgla w takiej hybrydyzacji tworzy:

• 1 wiązanie potrójne (σ+π+π) i jedno wiązanie pojedyncze (σ),
• lub 2 wiązania podwójne (σ+π).

W hybrydyzacji orbitali atomowych innych pierwiastków mogą uczestniczyć jeszcze orbitale d, przez co tworzone mogą być hybrydy takie jak d²sp³, czy dsp². Pierwiastki leżące w 1. i 2. okresie (np. węgiel) jednak nie mają takiej możliwości ponieważ na pierwszych dwóch powłokach elektronowych nie istnieją podpowłoki d.