De kemisk hybridisering det är "blandningen" av atomorbitaler, vars koncept introducerades av kemisten Linus Pauling 1931 för att täcka bristerna i Valencia Bond Theory (TEV). Vilka brister? Dessa är: molekylära geometrier och ekvivalenta bindningslängder i molekyler såsom metan (CH4).
Enligt TEV bildar C-atomorbitaler i metan fyra σ-bindningar med fyra H-atomer. 2p-orbitalerna, med formformer (bottenbild) av C är vinkelräta mot varandra, så H bör vara ungefär några från andra vid en 90 ° vinkel.
Dessutom binder Cs (sfäriska) omloppsbana till 1s omloppsbana för H i en vinkel på 135 ° i förhållande till de andra tre H. Emellertid har det visat sig att vinklarna i CH4 är 109,5 ° och att dessutom längden på C-H-obligationerna är ekvivalenta.
För att förklara detta måste en kombination av de ursprungliga atomorbitalerna anses utgöra fyra degenererade hybridorbitaler (av lika energi). Här spelar kemisk hybridisering in. Hur är hybridorbitaler? Det beror på de atomära orbitalerna som genererar dem. De uppvisar också en blandning av dessa elektroniska egenskaper.
Artikelindex
När det gäller CH4, hybridisering av C är sp3. Från detta tillvägagångssätt förklaras molekylgeometri med fyra sp-orbitaler3 109,5 º från varandra och pekar mot en tetraederns hörn.
I den övre bilden kan du se hur sp orbitaler3 (färgad grön) etablera en tetraedrisk elektronisk miljö runt atomen (A, som är C för CH4).
Varför 109,5 ° och inte andra vinklar, för att "rita" en annan geometri? Anledningen är att denna vinkel minimerar de elektroniska avstötningarna från de fyra atomerna som binder till A.
Således CH-molekylen4 kan representeras som en tetraeder (tetrahedral molekylär geometri).
Om C istället för H bildade bindningar med andra atomer, vad skulle då vara deras hybridisering? Så länge kolet bildar fyra σ (C-A) bindningar kommer deras hybridisering att vara sp3.
Det kan följaktligen antas att i andra organiska föreningar såsom CH3OH, CCl4, C (CH3)4, C6H12 (cyklohexan), etc., har kolet sp-hybridisering3.
Detta är viktigt för att skissa organiska strukturer, där enkelbundna kol representerar punkter av divergens; det vill säga strukturen förblir inte i ett enda plan.
Vad är den enklaste tolkningen för dessa hybridorbitaler utan att ta upp de matematiska aspekterna (vågfunktionerna)? Sp-orbitalerna3 antyder att de härstammar från fyra orbitaler: en s och tre sidor.
Eftersom kombinationen av dessa atomorbitaler antas vara idealisk, är de fyra sp-orbitalerna3 resulterande är identiska och upptar olika riktningar i rymden (såsom i p-orbitalernax, sidY Och sz).
Ovanstående är tillämpligt för resten av möjliga hybridiseringar: antalet hybridorbitaler som bildas är detsamma som för atomorbitalerna som kombineras. Till exempel sp hybrid-orbitaler3dtvå bildas av sex atomorbitaler: en s, tre p och två d.
Enligt Valencia Shell Electronic Pair Repulsion Theory (RPECV) upptar ett par fria elektroner mer volym än en bunden atom. Detta gör att länkarna rör sig isär, minskar den elektroniska spänningen och avviker vinklarna från 109,5º:
Till exempel, i vattenmolekylen är H-atomerna bundna till sp-orbitalerna3 (i grönt), och likaledes de odelade elektronparna ":" ockuperar dessa orbitaler.
Repulsionerna av dessa elektronpar representeras vanligtvis som "två klot med ögon", som på grund av sin volym stöter bort de två σ O-H-bindningarna.
Således, i vatten är bindningsvinklarna faktiskt 105 °, istället för 109,5 ° som förväntas för tetraedral geometri..
Vilken geometri gör då HtvåELLER? Den har en vinkelgeometri. Varför? För även om den elektroniska geometrin är tetraedrisk, förvränger två par odelade elektroner den till en vinkelmolekylär geometri.
När en atom kombinerar två p- och en-orbitaler, genererar den tre hybrid-sp-orbitalertvå; emellertid förblir en p-orbital oförändrad (eftersom det finns tre av dem), vilket representeras som en orange stapel i den övre bilden.
Här är de tre sp-orbitalernatvå de är färgade gröna för att markera sin skillnad från den orange stapeln: den "rena" p-banan.
En atom med sp-hybridiseringtvå kan visualiseras som ett plant trigonalgolv (triangeln ritad med sp-orbitalernatvå grönt), med sina hörn åtskilda av 120º vinklar och vinkelrätt mot en stapel.
Och vilken roll spelar den rena orbitalen? Det att bilda en dubbelbindning (=). Sp-orbitalernatvå tillåta bildandet av tre σ-bindningar, medan den rena p-orbitala en π-bindningen (en dubbel- eller trippelbindning innebär en eller två π-bindningar).
Till exempel att rita karbonylgruppen och strukturen för formaldehydmolekylen (HtvåC = O) fortsätter det enligt följande:
Sp-orbitalernatvå både C och O bildar en σ-bindning, medan deras rena orbitaler bildar en π-bindning (den orange rektangeln).
Det kan ses hur resten av de elektroniska grupperna (H-atomer och de odelade elektronparna) finns i de andra sp-orbitalerna.två, åtskilda av 120º.
I den övre bilden illustreras en A-atom med sp-hybridisering. Här kombineras en s-orbital och en p-orbital för att ge upphov till två degenererade sp-orbitaler. Nu är emellertid två rena p-orbitaler oförändrade, vilket gör att A kan bilda två dubbelbindningar eller en trippelbindning (≡).
Med andra ord: om en C överensstämmer med ovanstående i en struktur (= C = eller C2C), är dess hybridisering sp. För andra mindre illustrativa atomer - som övergångsmetaller - är beskrivningen av elektroniska och molekylära geometrier komplicerad eftersom d-orbitalerna och till och med f-orbitalerna också beaktas..
Hybridorbitalerna är 180 ° isär. Av denna anledning är de bundna atomerna ordnade i en linjär molekylgeometri (B-A-B). Slutligen visar den nedre bilden strukturen hos cyanidanjonen:
Ingen har kommenterat den här artikeln än.