Chemická hybridizácia je "mix" atómových orbitálov, ktorého koncepcia bola zavedená chemik Linus Pauling v roku 1931 na pokrytie nedokonalosti teórie valenčné väzby (TEV). Aké nedostatky? Sú to: molekulárnej geometrie a ekvivalentné dĺžky väzieb v molekulách, ako je metán (CH 4 ).
Podľa TEV tvoria atómy C v metáne štyri väzby σ so štyrmi atómami H. 2p orbity s tvarmi formas (spodný obrázok) C sú navzájom kolmé, takže H by malo byť niekoľko od ostatných v uhle 90 °.
Ďalej, 2s (sférické) orbitále C viaže na 1s orbitále H v uhle 135º s ohľadom na ďalšie tri H. však experimentálne bolo zistené, že uhly v CH 4 sú 109.5º a že Ďalej sú dĺžky väzieb C - H ekvivalentné.
Aby sa to vysvetlilo, kombinácia pôvodných atómových orbitálov sa musí považovať za kombináciu štyroch degenerovaných hybridných orbitálov (rovnakej energie). Tu prichádza do úvahy chemická hybridizácia. Aké sú hybridné orbitaly? Závisí to od atómových orbitálov, ktoré ich generujú. Vykazujú tiež zmes svojich elektronických charakteristík.
Sp hybridizácia
Pre prípad CH 4 , hybridizácia C je sp 3 . Z tohto prístupu je molekulárna geometria vysvetlená so štyrmi orbitálmi sp 3 oddelenými pri 109,5 ° a smerujúcimi k vrcholom štvorstena.
Na obrázku vyššie, môžete vidieť, ako sa sp 3 orbitálov (zelená) zaviesť štvorboká elektronický okolia atómu (A, čo je C počas CH 4 ).
Prečo 109,5º a nie iné uhly, aby ste mohli nakresliť inú geometriu? Dôvod je ten, že tento uhol minimalizuje elektronické odrazy štyroch atómov, ktoré sa viažu na A.
To znamená, že CH 4 molekula môže byť reprezentovaný ako štvorsten (štvorboká molekulárna geometria).
Ak by namiesto H tvorilo väzby s ostatnými skupinami atómov, aká by bola ich hybridizácia? Tak dlho, ako uhlíkových formy štyri å väzby (C - A), ich hybridizácia bude sp 3 .
To môže byť v dôsledku toho sa predpokladá, že v iných organických zlúčenín, ako je CH 3 OH, tetrachlórmetánu 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (cyklohexán), atď, uhlík má sp 3 hybridizácii .
Je to nevyhnutné pre skicovanie organických štruktúr, kde jednotlivé viazané uhlíky predstavujú miesta odchýlok; to znamená, že štruktúra nezostáva v jednej rovine.
interpretácia
Aká je najjednoduchšia interpretácia týchto hybridných orbitálov bez toho, aby sme sa zaoberali matematickými aspektmi (vlnové funkcie)? Z obežných dráh sp 3 vyplýva, že ich pôvodom boli štyri obežné dráhy: jedna s a tri s.
Vzhľadom na to, že kombinácia týchto atómových orbitálov sa predpokladá, že je ideálne, je výsledné štyri sp 3 orbitalov sú identické a zaujímajú rôzne orientácia v priestore (napríklad v p x , p, a p Z. orbitálov ).
Vyššie uvedené platí pre zvyšok možných hybridizácií: počet vytvorených hybridných orbitálov je rovnaký ako počet kombinovaných atómových orbitálov. Napríklad, sp 3 d 2 hybridné orbitály sú tvorené šiestimi atómových orbitálov: jeden s, tri p a dva d.
Odchýlky uhlov väzby
Podľa teórie elektronického páru odporu vo Valencii Shell (RPECV), pár voľných elektrónov zaberá väčší objem ako viazaný atóm. To spôsobí, že sa odkazy od seba vzdialia, čím sa zníži elektronické napätie a odchýlia sa uhly od 109,5º:
Napríklad, v molekule vody atómy H sú viazané na sp 3 orbitals (zelene) a tiež nezdieľanú pary elektrónov ":" zaberajú tieto orbitály.
Odpory týchto párov elektrónov sú obvykle reprezentované ako „dve gule s očami“, ktoré kvôli svojmu objemu odpudzujú dve väzby O - H.
Vo vode sú teda uhly väzby skutočne 105 °, namiesto očakávaných 109,5 ° pre tetraedrickú geometriu.
Aká geometria má potom H 2 O? Má uhlovú geometriu. Prečo? Pretože hoci elektronická geometria je štvorstenná, dva páry nezdieľaných elektrónov ju deformujú na uhlovú molekulárnu geometriu.
Sp hybridizácia
Keď nejaký spája atóm dva p a jedno s orbitály, vytvára tri sp 2 hybridné orbitály ; jeden orbitál však zostáva nezmenený (pretože sú tri), ktorý je na hornom obrázku znázornený ako oranžový pruh.
Tu sú všetky tri obežné dráhy sp 2 zafarbené zelenou farbou, aby sa zvýraznil ich rozdiel od oranžovej lišty: „čistý“ orbitál p.
Atóm s hybridizáciou sp 2 sa dá vizualizovať ako ploché trigonálne dno (trojuholník nakreslený s orbitálmi sp 2 zafarbený na zelenú), pričom jeho vrcholy sú oddelené uhlom 120 ° a kolmo na tyč.
A akú úlohu hrá čistá orbitálna dráha? Tvorba dvojitej väzby (=). SP 2 orbitály umožňujú tvorbu troch å väzieb, zatiaľ čo čistý p orbital jeden π väzbu (dvojitá alebo trojité väzby zahŕňa jednu alebo dve n väzbami).
Napríklad k tomu karbonylové skupiny a štruktúru formaldehydu molekuly (H 2 C = O), postupuje sa takto:
SP 2 orbitály oboch C a O tvorí väzba, zatiaľ čo ich čisté orbitály tvoria n väzbami (oranžový obdĺžnik).
Je vidieť, ako sú ostatné elektronické skupiny (atómy H a páry elektrónov, ktoré nie sú zdieľané) umiestnené v ostatných orbitaloch sp 2 , oddelených 120 °.
Sp hybridizácia
Na hornom obrázku je znázornený atóm A so sp hybridizáciou. Tu sa obe obežné dráhy a jedna obežná dráha kombinujú za vzniku dvoch degenerovaných orbitálov. Teraz však zostávajú dva čisté obežníky nezmenené, čo umožňuje A vytvoriť dve dvojité väzby alebo jednu trojitú väzbu (≡).
Inými slovami: ak v štruktúre C zodpovedá vyššie uvedenému (= C = alebo C≡C), potom je jeho hybridizácia sp. V prípade iných menej ilustratívnych atómov, napríklad prechodných kovov, je opis elektronických a molekulárnych geometrií komplikovaný, pretože sa zvažuje aj d a cez orbitaly.
Hybridné orbitaly sú od seba oddelené v uhle 180 °. Z tohto dôvodu sú viazané atómy usporiadané v lineárnej molekulovej geometrii (BAB). Nakoniec na obrázku pod štruktúrou kyanidového aniónu je možné vidieť:
Referencie
- Sven. (3. júna 2006). SP-Orbitals. , Zdroj: 24. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Máj 2002). Lepenie a hybridizácia. Zdroj: 24. mája 2018, z: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Skratka na hybridizáciu. Zdroj: 24. mája 2018, z: masterorganicchemistry.com
- Ian Hunt. Katedra chémie, University of Calgary. hybridizácia sp3. Získané 24. mája 2018, z: chem.ucalgary.ca
- Chemické viazanie II: Molekulárna geometria a hybridizácia atómových orbitálov Kapitola 10 .. Získané 24. mája 2018 z: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalentné lepenie: Úvod do atómovej orbitálnej hybridizácie. Načítané 24. mája 2018, z: quimitube.com
- Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie., Str. 51). Mc Graw Hill.