Cheminės hibridizacija yra "mix" iš orbitalė, kurių koncepcija buvo pristatyta chemikas Linus Pauling 1931 padengti trūkumus iš valentinės obligacijų (TEV) teorija. Kokie trūkumai? Tai yra: molekulinė geometrija ir lygiaverčiai jungčių ilgiai molekulėse, tokiose kaip metanas (CH 4 ).
Remiantis TEV, C atominės orbitalės sudaro keturis σ ryšius su keturiais H atomais. C formos 2p formos orbitalės (apatinis vaizdas) yra statmenos viena kitai, taigi H turėtų būti apie keletą nuo kitų 90º kampu.
Be to, 2s (sferinė) C orbitalė jungiasi su 1s orbitale H esant 135º kampu kitų trijų H. atžvilgiu. Tačiau eksperimentiškai nustatyta, kad CH 4 kampai yra 109,5º, o Be to, C-H jungčių ilgis yra lygiavertis.
Norint tai paaiškinti, reikia apsvarstyti originalių atominių orbitalių derinį, kuris sudarytų keturis išsigimusius hibridinius (vienodos energijos) orbitalius. Čia kalbama apie cheminę hibridizaciją. Kaip atrodo hibridiniai orbitalės? Tai priklauso nuo juos generuojančių atominių orbitų. Be to, jie demonstruoja savo elektroninių charakteristikų įvairovę.
Sp hibridizacija
Už CH atveju 4 , iš C hibridizacija yra sp 3 . Remiantis šiuo metodu, molekulinė geometrija paaiškinama keturiomis sp 3 orbitalėmis, atskirtomis 109,5º kampu ir nukreiptos į tetraedro viršūnes.
Aukščiau pateiktame vaizde, galima pamatyti, kaip SP 3 orbitalės (žalios) sukurti tetraedrinę elektroninę aplinką aplink atomo (A, kuris yra C CH 4 ).
Kodėl 109,5º, o ne kiti kampai, norint „nubrėžti“ kitokią geometriją? Priežastis ta, kad šis kampas iki minimumo sumažina keturių atomų, kurie jungiasi su A, elektroninius atstumus.
Tokiu būdu, CH 4 molekulė gali būti atstovaujama taip, kaip keturkampis (tetraedro molekulinė geometrijos).
Jei vietoj H C susidarytų ryšiai su kitomis atomų grupėmis, kokia tada būtų jų hibridizacija? Kol anglis suformuos keturias σ jungtis (C - A), jų hibridizacija bus sp 3 .
Dėl to jame gali būti prielaida, kad kitų organinių junginių, pavyzdžiui, CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (cikloheksano) ir tt, anglies turi sp 3 hibridizacija .
Tai yra labai svarbu eskizuojant organines struktūras, kai viengubo jungimo angliavandeniliai yra skirtumų taškai; tai yra, struktūra nesilieka vienoje plokštumoje.
Interpretacija
Kokia yra paprasčiausia šių hibridinių orbitalių interpretacija, neatsižvelgiant į matematinius aspektus (bangos funkcijas)? Sp 3 orbitalės reiškia, kad juos sukūrė keturi orbitaliai: vienas s ir trys p.
Kadangi laikoma, kad šių atominių orbitalių derinys yra idealus, gautos keturios sp 3 orbitalės yra tapačios ir erdvėje užima skirtingas orientacijas (pvz., P x , p ir p z orbitalėse ).
Tai, kas išdėstyta, taikoma visoms galimoms hibridizacijoms: suformuotų hibridinių orbitalių skaičius yra toks pat kaip ir sujungtų atominių orbitų. Pavyzdžiui, sp 3 d 2 hibridinės orbitalės yra suformuotos iš šešių atominių orbitų: vienos s, trijų p ir dviejų d.
Juostos kampo nuokrypiai
Pagal Valensijos apvalkalo elektroninių porų atstūmimo teoriją (RPECV), laisvųjų elektronų pora užima daugiau tūrio nei surištas atomas. Tai lemia, kad jungtys atsiskiria, sumažėja elektroninė įtampa ir nukrypstama nuo 109,5º kampų:
Pvz., Vandens molekulėje H atomai yra prijungti prie sp 3 orbitų (žaliai), o taip pat nesusietos elektronų poros „:“ užima šiuos orbitalius.
Šių elektronų porų atstūmimas paprastai vaizduojamas kaip „du rutuliai su akimis“, kurie dėl savo tūrio atstumia du σ O – H ryšius.
Taigi vandenyje jungties kampai iš tikrųjų yra 105º, o ne 109,5º, kurių tikimasi tetraedrinės geometrijos atžvilgiu.
Kokia tada H 2 O geometrija ? Jis turi kampinę geometriją. Kodėl? Nes nors elektroninė geometrija yra tetraedrinė, dvi poros nedalomų elektronų ją iškreipia į kampinę molekulinę geometriją.
Sp hibridizacija
Kai atomas sujungia dvi p ir vieną s orbitalę, jis sukuria tris sp 2 hibridines orbitalės ; tačiau viena p orbitalė nesikeičia (nes jų yra trys), kuri viršutinėje nuotraukoje pavaizduota kaip oranžinė juosta.
Čia visos trys sp 2 orbitalės yra žalios spalvos, kad būtų pabrėžtas jų skirtumas nuo oranžinės juostos: „grynos“ p orbitalės.
Atomas su sp 2 hibridizacijos gali būti matomos kaip plokščias trigonalinio aukšte (trikampio paimtos kartu su sp 2 orbitalėse nuspalvintos žymos), su jos viršūnių atskirti 120º kampu ir statmenai baras.
O kokį vaidmenį vaidina grynoji p orbita? Dvigubos jungties (=) sudarymas. Sp 2 orbitalės leidžia susidaryti trims σ ryšiams, o grynos p orbitalės viena π jungčiai (dviguba ar triguba jungtis apima vieną ar dvi π jungtis).
Pavyzdžiui, norėdami nubrėžti karbonilo grupę ir formaldehido molekulės struktūrą (H 2 C = O), atlikite šiuos veiksmus:
C ir O sp 2 orbitalės sudaro σ jungtį, o grynos jų orbitos sudaro π jungtį (oranžinis stačiakampis).
Galima pamatyti, kaip likusios elektroninės grupės (H atomai ir elektronų poros nėra dalijamos) yra kitose sp 2 orbitalėse , atskirtose 120º.
Sp hibridizacija
Viršutiniame paveiksle pavaizduotas A atomas su sp hibridizacija. Čia viena orbitalė ir viena p orbitalė susilieja ir sudaro dvi išsigimusius sp orbitalius. Tačiau dabar du gryni p orbitaliai nesikeičia, kurie leidžia A sudaryti dvi dvigubas jungtis arba vieną trigubą jungtį (≡).
Kitaip tariant: jei struktūroje C atitinka aukščiau išdėstytą (= C = arba C≡C), tada jo hibridizacija yra sp. Kitus mažiau iliustruojančius atomus, tokius kaip pereinamieji metalai, elektroninių ir molekulinių geometrijų aprašymas yra sudėtingas, nes taip pat atsižvelgiama į d ir f spindulius.
Hibridinės orbitalės yra atskirtos 180º kampu. Dėl šios priežasties surišti atomai yra išdėstyti tiesine molekuline geometrija (BAB). Pagaliau žemiau esančiame paveikslėlyje galima pamatyti cianido anijono struktūrą:
Nuorodos
- Sven. (2006 m. Birželio 3 d.). „Sp-Orbitaliai“. . Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: commons.wikimedia.org
- Richardas C. Banksas. (2002 m. Gegužė). Klijavimas ir hibridizavimas. Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: chemija.boisestate.edu
- Džeimsas. (2018 m.). Hibridizacijos spartusis klavišas. Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: masterorganicchemistry.com
- Dr Ian Hunt. Kalgario universiteto Chemijos katedra. sp3 hibridizacija. Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: chem.ucalgary.ca
- II cheminis sujungimas: molekulinė geometrija ir atominių orbitalių hibridizacija 10 skyrius .. Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: wou.edu
- „Quimitube“. (2015). Kovalentinis sujungimas: įvadas į atominės orbitos hibridizaciją. Gauta 2018 m. Gegužės 24 d. Iš: quimitube.com
- Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas., 51 psl.). Mc Graw Hill.