Kemično hibridizacijo je "mix" od atomskih orbital, katerih koncept je bil uveden z kemik Linus Pauling leta 1931 za kritje nepopolnosti teorije valentno vezi (TEV). Kakšne nepopolnosti? To so: molekularne geometrije in enakovredne dolžine vezi v molekulah, kot je metan (CH 4 ).
Glede na TEV v atomu metana C atomske orbitale tvorijo štiri σ vezi s štirimi atomi H. 2p orbitale z oblikami oblik (spodnja slika) C so med seboj pravokotne, tako da bi moralo biti H približno nekaj od drugih pod kotom 90 °.
Poleg tega se 2s (sferična) orbitala C veže na orbito 1s H pod kotom 135 ° glede na ostale tri H. Vendar pa je eksperimentalno bilo ugotovljeno, da so koti v CH 4 109,5 ° in da Poleg tega so dolžine C - H vezi enakovredne.
Za razlago tega je treba upoštevati kombinacijo izvirnih atomskih orbitalov, ki tvorijo štiri izrojene hibridne orbitale (enake energije). Tu pride v poštev kemična hibridizacija. Kakšni so hibridni orbitali? Odvisno je od atomske orbitale, ki jih generira. Prav tako kažejo mešanico svojih elektronskih lastnosti.
Sp hibridizacija
V primeru CH 4 se hibridizacijo C sp 3 . Iz tega pristopa je molekulska geometrija razložena s štirimi orbitali sp 3, ločenimi na 109,5 ° in usmerjenimi proti vrhuncem tetraedra.
Na zgornji sliki je razvidno, kako sp 3 orbitale (zelene) vzpostavijo tetraedrsko elektronsko okolje okoli atoma (A, kar je C za CH 4 ).
Zakaj 109,5º in ne drugih kotov, da bi "narisali" drugačno geometrijo? Razlog je v tem, da ta kot zmanjšuje elektronske odboje štirih atomov, ki se vežejo na A.
Tako CH 4 molekula lahko predstavimo kot tetraeder (Tetraedarski molekularna geometrija).
Če bi namesto H C ustvaril vezi z drugimi skupinami atomov, kakšna bi bila potem njihova hibridizacija? Dokler ogljik tvori štiri σ vezi (C - A), bo njihova hibridizacija sp 3 .
To je zato mogoče domnevati, da v drugih organskih spojin, kot CH 3 OH, CCL 4 , C (CH 3 ) 4 , Ci- C6 H 12 , ogljik ima (cikloheksan), itd sp 3 hibridizacijo .
To je bistvenega pomena za skiciranje organskih struktur, kjer ogljiki z enim vezjem predstavljajo točke razhajanja; to pomeni, da struktura ne ostane v eni sami ravnini.
Interpretacija
Kakšna je najpreprostejša razlaga teh hibridnih orbitalov, ne da bi se ukvarjali z matematičnimi vidiki (valovne funkcije)? Sp 3 orbitale pomenijo, da so jih ustvarile štiri orbite: ena s in tri str.
Ker se domneva, da je kombinacija teh atomskih orbital idealna, so dobljene štiri sp 3 orbitale enake in zasedajo različne orientacije v prostoru (na primer v p x , p in p z orbitali ).
Zgoraj navedeno velja za preostale možne hibridizacije: število tvorjenih hibridnih orbitov je enako številu atomskih orbitalov, ki so združene. Na primer, sp 3 d 2 hibridne orbitale so oblikovane iz šestih atomskih orbitale: ena s, tri p in dve d.
Odstopanja kota vezi
Po Teoriji odganjanja elektronskih parov školjke Valencije (RPECV) par prostih elektronov zavzema več volumna kot vezan atom. To povzroči odmik povezav, zmanjšanje elektronske napetosti in odstopanje kotov od 109,5º:
Na primer, v molekuli vode so atomi H vezani na sp 3 orbitale (v zeleni barvi) in prav tako nerazdeljeni pari elektronov ":" zasedajo te orbitale.
Odbijanja teh parov elektronov so ponavadi predstavljena kot "dva globusa z očmi", ki zaradi svoje prostornine odbijata dve σ O - H vezi.
Tako so v vodi koti vezi dejansko 105 °, namesto 109,5 °, pričakovanih za tetraedrsko geometrijo.
Kakšno geometrijo ima H 2 O? Ima kotno geometrijo. Zakaj? Čeprav je elektronska geometrija tetraedrska, jo dva para nesorodnih elektronov izkrivljata na kotno molekularno geometrijo.
Sp hibridizacija
Ko atom združuje dve p in eno s orbitalo, ustvari tri sp 2 hibridne orbitale ; vendar ostane ena p orbitala nespremenjena (ker jih je tri), ki je na zgornji sliki predstavljena kot oranžna črta.
Tu so vse tri sp 2 orbite obarvane zeleno, da poudarimo svojo razliko od oranžne palice: "čista" p orbitala.
Atom s sp 2 hibridizacijo je mogoče prikazati kot ravno trigonalno dno (trikotnik, narisan s sp 2 orbitale, obarvano zeleno), katerega vrhovi so ločeni pod kotom 120 ° in pravokotno na drog.
In kakšno vlogo igra čista p orbitala? Nastanek dvojne vezi (=). Orbitala sp 2 omogoča tvorbo treh σ vezi, čista p orbitalna ena π vez (dvojna ali trojna vez vključuje eno ali dve π vezi).
Na primer, da narišemo karbonilno skupino in strukturo molekule formaldehida (H 2 C = O), nadaljujemo na naslednji način:
Sp 2 orbitali C in O tvorita σ vez, medtem ko njuni čisti orbitali tvorita π vez (oranžni pravokotnik).
Videti je, kako so preostale elektronske skupine (H atomi in pari elektronov, ki niso v skupni rabi) nameščene v drugih sp 2 orbitalah , ločenih s 120 °.
Sp hibridizacija
Na zgornji sliki je prikazan atom A s sp hibridizacijo. Tu se ena orbitala in ena p orbitala združita, da tvorita dve izrojeni sp orbiti. Vendar ostajata dve čisti p orbitali nespremenjeni, ki A omogočata, da tvorita dve dvojni vezi ali eno trojno vez (≡).
Z drugimi besedami: če v strukturi C ustreza zgornjemu (= C = ali C≡C), potem je njena hibridizacija sp. Za druge manj nazorne atome - na primer prehodne kovine - je opis elektronskih in molekulskih geometrij zapleten, ker se upoštevata tudi d in skozi f orbitale.
Hibridne orbitale so ločene pod kotom 180 °. Zaradi tega so vezani atomi razporejeni v linearni molekularni geometriji (BAB). Na koncu lahko na sliki pod strukturo cianidnega aniona vidimo:
Reference
- Sven. (3. junij 2006). Sp-orbitale. . Pridobljeno 24. maja 2018 z: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Maj 2002). Vezava in hibridizacija. Pridobljeno 24. maja 2018, iz: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Hibridizacijska bližnjica. Pridobljeno 24. maja 2018 z: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Oddelek za kemijo, Univerza v Calgaryju. sp3 hibridizacija. Pridobljeno 24. maja 2018, iz: chem.ucalgary.ca
- Kemijsko vezanje II: Molekularna geometrija in hibridizacija atomskih orbital Poglavje 10. Pridobljeno 24. maja 2018, iz: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalentno lepljenje: Uvod v atomsko orbitalno hibridizacijo. Pridobljeno 24. maja 2018 z: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja., Str. 51). Mc Graw Hill.