На хибридизацията на въглероден включва комбинацията от две чисти атомна орбитала за да се образува нов молекулно орбитален "хибрид" със свои собствени характеристики. Понятието за атомна орбитала дава по-добро обяснение от предишната концепция за орбита, за да се установи приблизително къде има по-голяма вероятност да се намери електрон в рамките на атом.

С други думи, атомната орбитала е представянето на квантовата механика, за да даде представа за положението на един електрон или двойка електрони в определена област в атома, където всяка орбитала е определена според стойностите на нейните числа квантова.

Квантовите числа описват състоянието на система (като това на електрона вътре в атома) в даден момент, чрез енергията, принадлежаща на електрона (n), ъгловия импулс, който той описва в своето движение (l), свързания магнитен момент (m) и спина на електрона, докато той пътува в рамките на атома (ите).

Тези параметри са уникални за всеки електрон в орбитала, така че два електрона не могат да имат точно еднакви стойности на четирите квантови числа и всеки орбитал може да бъде заета от най-много два електрона.

Какво е въглеродна хибридизация?

За да се опише хибридизацията на въглерода, трябва да се вземе предвид, че характеристиките на всяка орбитала (нейната форма, енергия, размер и т.н.) зависят от електронната конфигурация на всеки атом.

Тоест характеристиките на всяка орбитала зависят от подреждането на електроните във всяка „обвивка“ или ниво: от най-близкото до ядрото до най-външното, известно още като валентна обвивка.

Електроните на най-отдалеченото ниво са единствените, които могат да образуват връзка. Следователно, когато между два атома се образува химическа връзка, се генерира припокриване или суперпозиция на две орбитали (по една от всеки атом) и това е тясно свързано с геометрията на молекулите.

Както беше споменато по-горе, всяка орбитала може да бъде запълнена с максимум два електрона, но трябва да се следва принципа на Ауфбау, с помощта на който орбиталите се запълват според енергийното им ниво (от най-малкото до най-голямото), както е показано показва по-долу:

По този начин първо се запълва нивото 1 s, след това 2 s, следва 2 p и така нататък, в зависимост от това колко електрони има атомът или йонът.

По този начин хибридизацията е явление, съответстващо на молекулите, тъй като всеки атом може да допринесе само за чисти атомни орбитали (s, p, d, f) и поради комбинацията от две или повече атомни орбитали, същото количество от хибридни орбитали, които позволяват връзки между елементи.

Основни типове

Атомните орбитали имат различни форми и пространствена ориентация, като се увеличават по сложност, както е показано по-долу:

Наблюдава се, че има само един вид s орбитална (сферична форма), три вида p орбитална (лобуларна форма, при която всеки лоб е ориентирана към пространствена ос), пет вида d орбитална и седем вида f орбитална, където всеки тип орбиталата притежава абсолютно същата енергия като тази по рода си.

Въглеродният атом в своето основно състояние има шест електрона, чиято конфигурация е 1 s ² 2 s ² 2 p ^2. Тоест те трябва да заемат ниво 1 s (два електрона), 2 s (два електрона) и частично 2p (двата останали електрона) според принципа на Ауфбау.

Това означава, че въглеродният атом, има само две несдвоени електрони в 2 р орбитала, но по този начин не е възможно да се обясни образуването или геометрията на метана (CH ₄) молекула или други по-комплексни.

Така че за да се образуват тези връзки, е необходима хибридизация на s и p орбиталите (в случая на въглерод), за да се генерират нови хибридни орбитали, които обясняват дори двойните и тройните връзки, при които електроните придобиват най-стабилната конфигурация за образуването на молекули.,

Sp хибридизация

Sp ³ хибридизацията се състои в образуването на четири „хибридни“ орбитали от чистите орбитали 2s, 2p _x, 2p _y и 2p _z.

По този начин има пренареждане на електроните на ниво 2, където има четири електрона на разположение за формиране на четири връзки и те са подредени успоредно, за да имат по-малко енергия (по-голяма стабилност).

Един пример е молекулата на етилен (С ₂ Н ₄), чиито връзки образуват 120 ° ъгли между атомите и да го планарна триъгълна геометрия.

В този случай се генерират CH и CC единични връзки (поради sp ² орбитали) и CC двойна връзка (поради p орбиталата), за да образуват най-стабилната молекула.

Sp хибридизация

Чрез хибридизацията sp ² от чистите орбитали 2s се генерират три "хибридни" орбитали и три чисти 2p орбитали. Освен това се получава чиста p орбитала, която участва в образуването на двойна връзка (наречена pi: "π").

Един пример е молекулата на етилен (С ₂ Н ₄), чиито връзки образуват 120 ° ъгли между атомите и да го планарна триъгълна геометрия. В този случай се генерират CH и CC единични връзки (поради sp ² орбитали) и CC двойна връзка (поради p орбиталата), за да образуват най-стабилната молекула.