Хемијска хибридизација је "мешавина" од атомских орбитала, чије концепт је увео хемичар Линус Паулинг 1931. да покрију недостатке теорије Валентност везом (ТЕВ). Какве несавршености? То су: молекуларне геометрије и дужине еквивалентни обвезница у молекулима попут метана (ЦХ 4 ).
Према ТЕВ-у, атоми Ц атомских орбитала формирају четири σ везе са четири атома Х. 2п орбитале, са облицима облика (доња слика) Ц су окомите једна на другу, тако да би Х требало бити око неколико од других под углом од 90 °.
Поред тога, 2с (сферна) орбитала Ц веже се за орбитал 1с Х под углом од 135 ° у односу на остала три Х. Међутим, експериментално је утврђено да су углови у ЦХ 4 109,5 ° и да Штавише, дужине Ц - Х веза су једнаке.
Да би се ово објаснило, комбинација оригиналних атомских орбитала мора се сматрати да формира четири дегенериране хибридне орбитале (једнаке енергије). Овде се примењује хемијска хибридизација. Какве су хибридне орбитале? Зависи од атомских орбитала које их генерирају. Такође, они показују мешавину својих електронских карактеристика.
Сп хибридизација
За случај ЦХ 4 , хибридизација од Ц је сп 3 . Из овог приступа, геометрија молекула се објашњава четири сп 3 орбитала издвојени у 109.5º и окренути ка теменима тетраедра.
На слици изнад можете видети како сп 3 орбитале (зелени) успоставити тетраедарску електронском окружењу око атома (А, који је Ц за ЦХ 4 ).
Зашто 109,5º, а не други углови, како би се „нацртала“ другачија геометрија? Разлог је тај што овај угао минимизира електронска одбијања четири атома која се везују за А.
Дакле, ЦХ 4 молекул може бити представљена као Тетрахедрон (тетраедарске геометрија молекула).
Ако би уместо Х, Ц формирао везе са другим групама атома, шта би онда била њихова хибридизација? Све док атома облици четири σ везе (Ц - А), њихова хибридизација ће бити сп 3 .
Стога се може претпоставити да у другим органским једињењима попут ЦХ 3 ОХ, ЦЦУ 4 , Ц (ЦХ 3 ) 4 , Ц 6 Х 12 (циклохексан), итд, угљеник има сп 3 хибридизацију .
Ово је од суштинског значаја за скицирање органских структура, где једносмерни угљеници представљају тачке дивергенције; то јест, структура не остаје у једној равнини.
Тумачење
Која је најједноставнија интерпретација ових хибридних орбитала без обраћања математичких аспеката (таласних функција)? Сп 3 орбитале подразумијевају да су их створиле четири орбитале: једна с и три стр.
Јер комбинација ових атомских орбитала Претпоставља се да идеални су добијени четири сп 3 орбитале су идентични и заузимају различите оријентације у простору (као што у п к , п, и стр з орбитала ).
Наведено се примјењује на остале могуће хибридизације: број формираних хибридних орбитала исти је као и код атомских орбитала које се комбинирају. На пример, сп 3 д 2 хибридна орбитала су формирани од шест атомских орбитала: Оне С, три стр и два д.
Одступања угла везе
Према Теорији одбијања електронских парова љуштуре Валенсије (РПЕЦВ), пар слободних електрона заузима више запремине него везани атом. Због тога се везе раздвајају, смањујући електронски напон и одступајући углове од 109,5º:
На пример, у молекулу воде атоми Х су везани за сп 3 орбитала (зелене боје), а такође даљених парови електрона ":" заузимају та орбитала.
Одбијања ових парова електрона обично су представљена као „два глобуса са очима“, која због свог волумена одбијају две σ О - Х везе.
Дакле, у води су углови везе заправо 105 °, уместо 109,5 ° који се очекује за тетраедарску геометрију.
Шта геометрија онда нема 'Х 2 о има? Има угаону геометрију. Зашто? Иако је електронска геометрија тетраедарска, два пара нераздељених електрона изобличују је на кутну молекуларну геометрију.
Сп хибридизација
Када атом комбинује два п и Оне С орбитале, она ствара три сп 2 хибридни орбитала ; међутим, једна п орбитала остаје непромењена (јер их има три), која је на горњој слици представљена као наранџаста трака.
Овде су све три сп 2 орбитале обојене зелено како би се истакла њихова разлика од наранџасте траке: „чиста“ п орбитала.
Атом са сп 2 хибридизацијом може се приказати као тригонални равни под (трокут нацртан са сп 2 орбитале обојене зелено), а врхови су раздвојени под угловима од 120 ° и окомити на шипку.
И коју улогу игра чиста п орбитала? Остваривање двоструке везе (=). Сп 2 орбитале омогућавају стварање три σ везе, док чиста п орбитална једна π веза (двострука или трострука веза укључује једну или две π везе).
На пример, да скрене карбонил групу и структуру формалдехид молекула (Х 2 Ц = О), поступите на следећи начин:
Сп 2 орбитале и Ц и О формирају σ везу, док њихове чисте орбитале формирају π везу (наранџасти правоугаоник).
Може се видети како остатак електронских група (атомима Х и парова електрона не деле) налази у другим сп 2 орбиталама , раздвојени 120º.
Сп хибридизација
На горњој слици је приказан атом са сп хибридизацијом. Овде се једна орбитала и једна п орбитала комбинују да би формирале две дегенериране сп орбитале. Међутим, сада две чисте п орбитале остају непромењене, што допушта А да формира две двоструке везе или једну троструку везу (≡).
Другим речима: ако је у структури Ц у складу са горе наведеним (= Ц = или Ц≡Ц), онда је њена хибридизација сп. За остале мање илустративне атоме - попут прелазних метала - опис електронских и молекуларних геометрија је компликован јер се разматрају и д и кроз ф орбитале.
Хибридне орбитале су раздвојене под углом од 180 °. Из тог разлога повезани атоми су распоређени у линеарној молекуларној геометрији (БАБ). На крају, на слици испод структуре аниона цијанида се види:
Референце
- Свен. (3. јун 2006). Сп-Орбитале. . Преузето 24. маја 2018. године са: цоммонс.викимедиа.орг
- Рицхард Ц. Банкс. (Мај 2002). Везивање и хибридизација. Преузето 24. маја 2018. године са: цхемистри.боисестате.еду
- Џејмс. (2018). Пречица за хибридизацију. Преузето 24. маја 2018. године са: мастерорганиццхемистри.цом
- Др Иан Хунт. Одељење за хемију, Универзитет у Калгари. сп3 хибридизација. Преузето 24. маја 2018. године са: цхем.уцалгари.ца
- Хемијско везивање ИИ: Молекуларна геометрија и хибридизација атомских орбитала Поглавље 10.. Преузето 24. маја 2018. године са: воу.еду
- Куимитубе. (2015). Ковалентно везивање: увод у атомску орбиталну хибридизацију. Преузето 24. маја 2018. године са: куимитубе.цом
- Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија. (Четврто издање, стр. 51). Мц Грав Хилл.