Kemiallinen hybridisaatio on "sekoittaa" on atomiorbitaali, jonka käsite otettiin käyttöön kemisti Linus Pauling 1931 kattamaan puutteiden teorian valenssisidos (TEV). Mitä puutteita? Nämä ovat: molekyyli- geometriat ja vastaavat sidospituudet molekyylejä, kuten metaanin (CH 4).
TEV: n mukaan C-atomiorbitaalit muodostavat metaanissa neljä σ-sidosta, joissa on neljä H-atomia. C-muotoiset 2p-orbitaalit, joiden muodot (alakuva) ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, joten H: n tulisi olla muutama muilta 90º kulmassa.
Lisäksi C: n 2s (pallomainen) kiertorata sitoutuu H: n 1 orbitaaliin 135 asteen kulmassa suhteessa kolmeen muuhun H: seen. Kokeellisesti on kuitenkin havaittu, että kulmat CH 4: ssä ovat 109,5 ° ja että Lisäksi C-H-sidosten pituudet ovat vastaavat.
Tämän selittämiseksi alkuperäisten atomiorbitaalien yhdistelmän on katsottava muodostavan neljä rappeutunutta hybridiorbitaalia (samanarvoisia). Tässä tulee kemiallinen hybridisaatio. Millaiset ovat hybridiradat? Se riippuu niitä muodostavista atomiorbitaaleista. Niillä on myös sekoitus elektronisia ominaisuuksiaan.
Sp-hybridisaatio
Tapauksessa, CH 4, hybridisaatio C on sp 3. Tästä lähestymistavasta, molekyyli- geometria on selitetty, jossa on neljä sp 3 -orbitaalien erotettiin 109.5º ja osoittaa kohti kärkien tetraedrin.
Ylemmän kuvan voidaan nähdä, kuinka sp 3 orbitaalien (vihreä) perustaa tetraedrinen sähköisen ympäristönsä atomi (A, joka on C-CH 4).
Miksi 109,5º eikä muita kulmia, jotta voidaan "piirtää" erilainen geometria? Syynä on, että tämä kulma minimoi A: han sitoutuvien neljän atomin elektroniset heikentymiset.
Siten, CH 4 molekyyli voidaan esittää tetraedrin (tetraedrinen molekyyli- geometria).
Jos C muodosti H: n sijasta sidoksia muiden atomiryhmien kanssa, mikä sitten olisi niiden hybridisaatio? Niin kauan kuin hiili muodostaa neljä σ-sidosta (C - A), niiden hybridisaatio on sp 3.
Se voi näin ollen olettaa, että muut orgaaniset yhdisteet, kuten CH 3 OH, CCI 4, C (CH 3) 4, C 6 H 12 (sykloheksaani), jne., Hiili on sp 3 hybridisaatio.
Tämä on välttämätöntä luonnosteltaessa orgaanisia rakenteita, joissa yksisidoshiilet edustavat erotuspisteitä; ts. rakenne ei pysy yhdessä tasossa.
Tulkinta
Mikä on yksinkertaisin tulkinta näille hybridiorbitaaleille käsittelemättä matemaattisia näkökohtia (aaltofunktiot)? Sp 3 -orbitaalit tarkoittavat, että ne olivat peräisin neljästä kiertoratasta: yksi s ja kolme p.
Koska näiden yhdistelmä atomiorbitaali oletetaan olevan ihanteellinen, tuloksena neljä sp 3 -orbitaalien ovat identtiset ja miehittää suuntautuneet eri tavoin avaruudellisesti (kuten p x, p, ja p z orbitaalien).
Edellä olevaa voidaan soveltaa muihin mahdollisiin hybridisaatioihin: muodostuvien hybridiorbitaalien lukumäärä on sama kuin yhdistyneiden atomiorbitaalien lukumäärä. Esimerkiksi, sp 3 d 2 hybridi-orbitaaleja on muodostettu kuudesta atomiorbitaali: yksi s, kolme p ja kaksi d.
Radan kulman poikkeamat
Valencia Shellin elektronisen parien hylkimisteorian (RPECV) mukaan vapaiden elektronien pari vie enemmän tilaa kuin sitoutunut atomi. Tämä aiheuttaa linkkien liikkumisen toisistaan, vähentäen elektronista jännitettä ja poikkeamalla kulmat 109,5º: sta:
Esimerkiksi vesimolekyylissä H-atomit ovat sitoutuneet sp 3 -orbitaaliin (vihreänä) ja myös jakaamattomat elektroniparit ":" miehittävät nämä kiertoradat.
Näiden elektroniparien heikentyminen esitetään yleensä "kahdella silmäpallolla", jotka tilavuutensa vuoksi hylkivät kaksi σ O - H-sidosta.
Siten vedessä sidoskulmat ovat tosiasiassa 105 astetta tetraedrisen geometrian odotettavissa olevan 109,5 asteen sijasta.
Mikä geometria sitten H 2 O: lla on? Sillä on kulmageometria. Miksi? Koska vaikka elektroninen geometria on tetraedrinen, kaksi paria jakamattomia elektroneja vääristävät sen kulmaiseksi molekyyligeometriaksi.
Sp-hybridisaatio
Kun atomi yhdistää kaksi p ja toinen s orbitaalit, se luo kolme sp 2 hybridi orbitaalien; yksi p-kiertorata pysyy kuitenkin muuttumattomana (koska niitä on kolme), jota edustaa oranssi palkki yläkuvassa.
Tässä kaikki kolme sp 2 -orbitaalia on väriltään vihreänä korostaa niiden eroa oranssista palkista: "puhdas" p-kiertorata.
Atomin sp 2 hybridisaatio voidaan visualisoida tasainen trigonaalinen kerroksessa (kolmio piirretään sp 2 orbitaalit väri on vihreä), ja sen kärjet on erotettu 120 ° kulmat ja kohtisuorassa baari.
Ja mikä rooli puhtaalla p-kiertoradalla on? Kaksoissidoksen (=) muodostaminen. Sp 2 -orbitaalit sallivat kolmen σ-sidoksen muodostumisen, kun taas puhdas p-kiertoradan yksi π-sidos (kaksois- tai kolmoissidos sisältää yhden tai kaksi π-sidosta).
Esimerkiksi kiinnittää karbonyyliryhmän ja rakenteen formaldehydin molekyylin (H 2 C = O), seuraavalla tavalla:
Sp 2 orbitaaleja sekä C ja O muodostavat σ sidoksen, kun taas puhtaiden orbitaalien muodostavat π sidoksen (oranssi suorakulmio).
Voidaan nähdä, kuinka loput elektroniset ryhmät (H-atomit ja elektroniparit, joita ei jaeta) sijaitsevat muissa sp 2 -orbitaaleissa, erotettuna 120 °.
Sp-hybridisaatio
Yläkuvassa on esitetty A-atomi, jolla on sp-hybridisaatio. Tässä yksi kiertorata ja toinen p kiertorata yhdistyvät kahden rappeutuneen sp-kiertoradan muodostamiseksi. Nyt kuitenkin kaksi puhdasta p-kiertorataa pysyy muuttumattomana, mikä antaa A: n muodostaa kaksi kaksoissidosta tai yhden kolmoissidoksen (≡).
Toisin sanoen: jos rakenteessa C noudattaa edellä mainittua (= C = tai C≡C), niin sen hybridisaatio on sp. Muille vähemmän havainnollistaville atomille - kuten siirtymämetalleille - elektronisten ja molekyyligeometrioiden kuvaaminen on monimutkaista, koska myös d- ja f-orbitaalit otetaan huomioon.
Hybridi kiertoradat on erotettu 180º kulmassa. Tästä syystä sitoutuneet atomit on järjestetty lineaariseen molekyyligeometriaan (BAB). Lopuksi alla olevassa kuvassa voidaan nähdä syanidi-anionin rakenne:
Viitteet
- Sven. (3. kesäkuuta 2006). Sp-Orbitals.. Haettu 24. toukokuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Toukokuu 2002). Liimaaminen ja hybridisaatio. Haettu 24. toukokuuta 2018, osoitteesta: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Hybridisaation pikakuvake. Haettu 24. toukokuuta 2018, osoitteesta: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Kemian laitos, University of Calgary. sp3-hybridisaatio. Haettu 24. toukokuuta 2018, osoitteesta: chem.ucalgary.ca
- Kemiallinen sitoutuminen II: molekyylin geometria ja atomien kiertoratojen hybridisaatio, luku 10.. Haettu 24. toukokuuta 2018, osoitteesta: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalenttinen liimaus: Johdatus atomiorbitaalihybridisaatioon. Haettu 24. toukokuuta 2018, osoitteesta: quimitube.com
- Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos., S. 51). Mc Graw Hill.