В химически хибридизацията е "смес" на атомните орбитите, чиято концепция е въведена от химик Линус Паулинг през 1931 г. за покриване на несъвършенства на теорията на връзката валентност (TEV). Какви несъвършенства? Това са: молекулярни геометрии и еквивалентни дължини на връзки в молекули като метан (СН 4).
Според TEV, в метан атомните орбитали C образуват четири σ връзки с четири Н атома. 2p орбитали, с форми на форми (изображение на дъното) на C, са перпендикулярни една на друга, така че H трябва да бъде около няколко от други под ъгъл 90 °.
Освен това 2s (сферичната) орбитала на C се свързва с орбиталата 1s на H под ъгъл 135º по отношение на останалите три H. Но експериментално е установено, че ъглите в CH 4 са 109,5º и че Освен това дължините на C - H връзките са еквивалентни.
За да се обясни това, трябва да се счита комбинация от първоначалните атомни орбитали, които образуват четири изродени хибридни орбитали (с еднаква енергия). Тук химическата хибридизация влиза в игра. Какви са хибридните орбитали? Зависи от атомните орбитали, които ги генерират. Също така, те показват смес от своите електронни характеристики.
Sp хибридизация
За случая на СН 4, хибридизацията на С е SP 3. От този подход молекулната геометрия се обяснява с четири sp 3 орбитали, разделени на 109,5º и насочени към върховете на тетраедър.
На горното изображение може да се види как sp 3 орбиталите (зелени) установяват тетраедрична електронна среда около атома (A, което е С за СН 4).
Защо 109,5º, а не други ъгли, за да се „нарисува“ различна геометрия? Причината е, защото този ъгъл свежда до минимум електронните отблъсквания на четирите атома, които се свързват с А.
По този начин, CH 4 молекула може да бъде представена като тетраедър (четиристенен молекулно геометрия).
Ако вместо Н, С образува връзки с други групи атоми, каква тогава би била тяхната хибридизация? Докато въглеродът образува четири σ връзки (C - A), хибридизацията им ще бъде sp 3.
Това следователно може да се предположи, че в други органични съединения като CH 3 OH, ССЦ 4, C (CH 3) 4, С, 6 Н 12 (циклохексан), и т.н., въглеродът има SP 3 хибридизация.
Това е от съществено значение за скицирането на органични структури, където единичните свързани въглероди представляват точки на разминаване; тоест структурата не остава в една равнина.
Интерпретация
Коя е най-простата интерпретация за тези хибридни орбитали, без да се обръща внимание на математическите аспекти (вълновите функции)? Sp 3 орбиталите предполагат, че са възникнали от четири орбитали: една s и три p.
Тъй като комбинацията от тези атомни орбитали се приема като идеална, получените четири sp 3 орбитали са идентични и заемат различни ориентации в пространството (например в орбиталите p x, p и p z).
Горното е приложимо за останалите възможни хибридизации: броят на образуваните хибридни орбитали е същият като този на атомните орбитали, които са комбинирани. Например, хибридни орбитали sp 3 d 2 се формират от шест атомни орбитали: една s, три p и две d.
Отклонения на ъгъла на връзката
Според теорията на отблъскването на електронните двойки на обвивката на Валенсия (RPECV), чифт свободни електрони заемат повече обем от свързан атом. Това кара връзките да се раздалечават, намалявайки електронното напрежение и отклонявайки ъглите от 109,5º:
Например, във водната молекула Н атомите са свързани към sp 3 орбиталите (в зелено), а също и неразделени двойки електрони ":" заемат тези орбитали.
Отблъскванията на тези двойки електрони обикновено са представени като „две глобуси с очи“, които поради обема си отблъскват двете σ O - H връзки.
Така във вода ъглите на връзката всъщност са 105º, вместо очакваните 109,5º за тетраедрична геометрия.
Каква геометрия има H 2 O? Има ъглова геометрия. Защо? Защото, въпреки че електронната геометрия е тетраедрична, две двойки не-споделени електрони я изкривяват до ъглова молекулярна геометрия.
Sp хибридизация
Когато атом комбинира две р и един и орбитали, той генерира три SP два хибридни орбитали; обаче една p орбитала остава непроменена (защото има три от тях), която е представена като оранжева лента в горното изображение.
Тук и трите орбитали sp 2 са оцветени в зелено, за да се подчертае разликата им от оранжевата лента: „чистата“ орбитала.
Един атом с SP 2 хибридизация може да се визуализира като плоска триъгълна етаж (триъгълника изготвен с SP 2 орбитите оцветен в зелено) с върховете, разделени от 120 ° ъгли и перпендикулярна бар.
И каква роля играе чистата p орбитала? Тази на образуване на двойна връзка (=). Sp 2 орбиталите позволяват образуването на три σ връзки, докато чистата p орбитална една π връзка (двойна или тройна връзка включва една или две π връзки).
Например, за да нарисувате карбонилната група и структурата на молекулата формалдехид (H 2 C = O), продължете както следва:
Sp 2 орбиталите както на C, така и на O образуват σ връзка, докато чистите им орбитали образуват π връзка (оранжевият правоъгълник).
Може да се види как останалите електронни групи (Н атоми и двойките електрони, които не са споделени) са разположени в другите орбитали sp 2, разделени на 120 °.
Sp хибридизация
В горното изображение е илюстриран Атом с sp хибридизация. Тук една s орбитала и една p орбитала се комбинират, образувайки две изродени sp орбитали. Но сега две чисти p орбитали остават непроменени, което позволява на A да образува две двойни връзки или една тройна връзка (≡).
С други думи: ако в една структура С съответства на горното (= C = или C≡C), тогава нейната хибридизация е sp. За други по-малко илюстративни атоми - като преходните метали - описанието на електронните и молекулни геометрии е сложно, тъй като d и чрез f орбитали също се разглеждат.
Хибридните орбитали са разделени под ъгъл 180º. Поради тази причина свързаните атоми са подредени в линейна молекулярна геометрия (BAB). И накрая, на изображението под структурата на цианидния анион може да се види:
Препратки
- Свен. (3 юни 2006 г.). СП-орбитали., Произведено на 24 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
- Ричард К. Бенкс. (Май 2002 г.). Свързване и хибридизация. Произведено на 24 май 2018 г. от: chemistry.boisestate.edu
- Джеймс. (2018). Пряк път за хибридизация. Произведено на 24 май 2018 г. от: masterorganicchemistry.com
- Д-р Иън Хънт. Катедра по химия, Университет в Калгари. sp3 хибридизация. Произведено на 24 май 2018 г. от: chem.ucalgary.ca
- Химично свързване II: Молекулярна геометрия и хибридизация на атомните орбитали Глава 10. Произведено на 24 май 2018 г. от: wou.edu
- Quimitube. (2015). Ковалентно свързване: Въведение в атомната орбитална хибридизация. Произведено на 24 май 2018 г. от: quimitube.com
- Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание., Стр. 51). Mc Graw Hill.