Hibridizacija ogljika vključuje kombinacijo dveh čistih atomskih orbital, da oblikujejo novo molekulsko orbitalno "hibrid" s svojimi značilnostmi. Pojem atomske orbitale daje boljše razlago kot prejšnji koncept orbite, da se ugotovi, kje obstaja večja verjetnost, da bomo v atomu našli elektron.

Z drugimi besedami, atomska orbitala je predstavljanje kvantne mehanike, da predstavi položaj elektrona ali para elektronov na določenem območju znotraj atoma, kjer je vsaka orbitala določena glede na vrednosti njenih števil kvant.

Kvantna števila opisujejo stanje sistema (kot je stanje elektrona v atomu) v določenem trenutku, skozi energijo, ki pripada elektronu (n), kotni zagon, ki ga opisuje v gibanju (l), z njim povezan magnetni moment (m) in spin elektrona, ki potuje znotraj atoma (-ov).

Ti parametri so edinstveni za vsak elektron v orbitali, zato dva elektrona ne moreta imeti popolnoma enakih vrednosti štirih kvantnih števil in vsak orbitolo lahko zasedeta največ dva elektrona.

Kaj je hibridizacija ogljika?

Za opis hibridizacije ogljika je treba upoštevati, da so značilnosti vsake orbitale (njena oblika, energija, velikost itd.) Odvisne od elektronske konfiguracije, ki jo ima vsak atom.

Se pravi, da so značilnosti vsake orbitale odvisne od razporeditve elektronov v vsaki "lupini" ali nivoju: od najbližjega jedra do najbolj oddaljenega, znanega tudi kot valenčna lupina.

Elektroni na najbolj oddaljeni ravni so edini, ki so na voljo za tvorbo vezi. Zato, ko se tvori kemijska vez med dvema atomoma, nastane prekrivanje ali superpozicija dveh orbitalov (po enega iz vsakega atoma) in to je tesno povezano z geometrijo molekul.

Kot je bilo že omenjeno, se lahko vsaka orbitala napolni z največ dvema elektronoma, vendar je treba upoštevati načelo Aufbau, s pomočjo katerega se orbite napolnijo glede na njihovo energijsko raven (od najmanjše do največje), kot je prikazano prikazuje spodaj:

Na ta način se najprej napolni nivo 1 s, nato 2 s, nato 2 p in tako naprej, odvisno od tega, koliko elektronov ima atom ali ion.

Tako je hibridizacija pojav, ki ustreza molekulam, saj lahko vsak atom prispeva samo čiste atomske orbitale (s, p, d, f), zaradi kombinacije dveh ali več atomskih orbital pa enako količino hibridne orbitale, ki omogočajo povezave med elementi.

Glavne vrste

Atomske orbitale imajo različne oblike in prostorske usmeritve, ki se povečujejo po zapletenosti, kot je prikazano spodaj:

Opažamo, da obstaja samo ena vrsta s orbitale (sferične oblike), tri vrste p orbitale (lobularna oblika, kjer je vsak reženj usmerjen na prostorsko os), pet vrst d orbitale in sedem vrst f orbitale, kjer je vsaka vrsta orbital ima popolnoma enako energijo kot energija te vrste.

Ogljikov atom v svojem osnovnem stanju ima šest elektronov, katerih konfiguracija je 1 s ² 2 s ² 2 p ^2. To pomeni, da bi morali zasedati raven 1 s (dva elektrona), 2 s (dva elektrona) in delno 2p (dva preostala elektrona) v skladu z načelom Aufbau.

To pomeni, da ima atom ogljika samo dve neparni elektronov v 2 p orbital, vendar s tem ni mogoče razložiti nastanek ali geometrijo metana (CH ₄ ) molekulo ali drugih bolj zapletenih.

Za tvorbo teh vezi je potrebna hibridizacija s in p orbitale (v primeru ogljika), da se ustvarijo nove hibridne orbitale, ki pojasnijo celo dvojne in trojne vezi, pri čemer elektroni pridobijo najbolj stabilno konfiguracijo za tvorbo molekul. .

Sp hibridizacija

Hibridizacija sp ³ sestoji iz tvorbe štirih "hibridnih" orbitalov iz čiste orbite 2s, 2p _x , 2p _y in 2p _z .

Tako pride do preureditve elektronov na ravni 2, kjer so za tvorbo štirih vezi na voljo štirje elektroni in so razporejeni vzporedno, da imajo manj energije (večjo stabilnost).

Primer je molekula etilena (C ₂ H ₄ ), katere vezi tvorijo 120 ° kotov med atomi in ji dajejo ravninsko trigonalno geometrijo.

V tem primeru nastaneta enojna vez CH in CC (zaradi orbitale sp ² ) in dvojna vez CC (zaradi p orbitale), da tvorita najbolj stabilno molekulo.

Sp hibridizacija

S hibridizacijo sp ² se iz čiste 2s orbitale ustvarijo tri "hibridne" orbitale in tri čiste 2p orbitale. Nadalje dobimo čisti p orbital, ki sodeluje pri tvorbi dvojne vezi (imenovane pi: "π").

Primer je molekula etilena (C ₂ H ₄ ), katere vezi tvorijo 120 ° kotov med atomi in ji dajejo ravninsko trigonalno geometrijo. V tem primeru nastaneta enojna vez CH in CC (zaradi orbita sp ² ) in dvojna vez CC (zaradi p orbitale) , ki tvorita najbolj stabilno molekulo.