Kemična hibridizacija sp, sp2, sp3

The kemična hibridizacija je "mešanica" atomskih orbitalov, katerih koncept je kemik Linus Pauling uvedel leta 1931, da bi pokril pomanjkljivosti teorije povezave v Valenciji (TEV). Kakšne pomanjkljivosti? To so: molekularne geometrije in ekvivalentne dolžine vezi v molekulah, kot je metan (CH₄).

V skladu s TEV v metanu atomske orbitale C tvorijo štiri σ vezi s štirimi atomi H, 2p orbitale z oblikami oblik (spodnja slika) C so pravokotne druga na drugo, tako da morajo biti Hs ločeni. drugih pod kotom 90 °.

Poleg tega je 2s (sferična) orbita C povezana z 1s orbitalom H pod kotom 135 ° glede na ostale tri Hs, vendar je bilo eksperimentalno ugotovljeno, da so koti v CH₄ 109,5 ° in da so poleg tega dolžine C-H vezi enakovredne.

Da bi to pojasnili, je treba upoštevati kombinacijo prvotnih atomskih orbital, da tvorijo štiri degenerirane hibridne orbitale (enake energije). Prihaja kemijska kemija. Kakšne so hibridne orbitale? To je odvisno od atomskih orbital, ki jih ustvarjajo. Prav tako kažejo mešanico teh elektronskih značilnosti.

Indeks

• 1 sp3 Hibridizacija
  • 1.1 Razlaga
  • 1.2 Odstopanja kotov povezav
• 2 Hibridizacija sp2
• 3 Hybridization sp
• 4 Reference

Hybridization sp³

V primeru CH₄, Hibridizacija C je sp³. Iz tega pristopa je molekularna geometrija pojasnjena s štirimi sp orbitali³ ločeni pri 109,5 ° in kažejo na tocke tetraedra.

Na zgornji sliki lahko vidite, kako sp orbitale³ (zelena) vzpostavijo elektronsko tetraedrsko okolje okoli atoma (A, ki je C za CH₄).

Zakaj 109,5º in ne drugih kotov, da bi "narisali" drugačno geometrijo? Razlog je v tem, da ta kot minimizira elektronske odbojnosti štirih atomov, ki so povezani z A.

Na ta način molekula CH₄ lahko predstavimo kot tetraeder (tetraedralna molekularna geometrija).

Če bi namesto H, C nastale povezave z drugimi skupinami atomov, kakšna bi bila potem njegova hibridizacija? Dokler ogljik tvori štiri σ vezi (C-A), bo njegova hibridizacija³.

Lahko se domneva, da v drugih organskih spojinah, kot je CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cikloheksan) itd., ima ogljik sp hibridizacijo³.

To je bistveno za skiciranje organskih struktur, kjer ogljiki s preprostimi vezmi predstavljajo točke divergence; to pomeni, da struktura ne ostane v eni ravnini.

Razlaga

Kakšna je najenostavnejša interpretacija teh hibridnih orbitalov brez obravnavanja matematičnih vidikov (valovne funkcije)? Sp orbitale³ izhajajo iz štirih orbital: ena s in tri str.

Ker naj bi bila kombinacija teh atomskih orbital idealna, so štiri sp orbitale³ dobljeni so enaki in zasedajo različne orientacije v prostoru (kot v orbitalih str_x, str_in in str_z).

Navedeno velja za preostale možne hibridizacije: število nastalih hibridnih orbital je enako številu kombiniranih atomskih orbital. Na primer, sp hibridne orbitale³d² tvorijo jih šest atomskih orbital: ena s, tri p in dve d.

Odstopanja kotov povezav

V skladu z Teorijo odbijanja elektronskih parov plasti Valencije (VSEPR) par prostih elektronov zavzema več prostornine kot povezan atom. To povzroča premikanje povezav, zmanjšanje elektronske napetosti in preusmerjanje kotov 109,5 °:

Na primer, v molekuli vode so atomi H vezani na sp orbitale³ (v zeleni barvi), in tudi pari elektronov, ki niso skupni ":" zasedajo te orbitale.

Odpornost teh parov elektronov je ponavadi predstavljena kot "dve globusi z očmi", ki zaradi svoje prostornine odbijajo dve vezi σ O-H.

Tako so v vodi koti povezav dejansko 105 °, namesto 109,5 °, ki se pričakujejo za tetraedrsko geometrijo.

Kakšno geometrijo ima H?₂O? Ima kotno geometrijo. Zakaj? Čeprav je elektronska geometrija tetraedarska, se dva para neločenih elektronov od nje oddalita do kotne geometrije molekul..

Hybridization sp²

Ko atom združi dve p in eni orbitali, ustvari tri sp hibridne orbitale²; vendar pa orbitalna p ostane nespremenjena (ker so trije), kar je prikazano kot oranžna črta na zgornji sliki.

Tukaj, tri sp orbitale² zelene so, da poudarijo svojo razliko od oranžne barve: "čista" orbitalna p.

Atom s sp hibridizacijo² lahko vizualiziramo kot plosko trigonsko nadstropje (trikotnik, potegnjen s sp orbitali² zelene barve), s temi robovi, ki sta ločeni s koti 120 ° in pravokotno na bar.

In kakšno vlogo igra čista orbitalna igra? To je oblikovanje dvojne vezi (=). Sp orbitale² omogočajo nastanek treh σ vezi, medtem ko čista p orbitalna π vez (dvojna ali trojna vez pomeni eno ali dve π vezi).

Na primer, za risanje karbonilne skupine in strukture formaldehidne molekule (H₂C = O), nadaljuje, kot sledi:

Sp orbitale² obe C in O tvorita vez σ, medtem ko čiste orbitale tvorijo vez π (oranžni pravokotnik).

Vidimo lahko, kako se preostale elektronske skupine (atomi H in ne-delni elektronski pari) nahajajo v drugih sp orbitalih.², ločeni s 120º.

Hybridization sp

Zgornja slika prikazuje atom A s sp hibridizacijo. Tu se združita orbita s in p orbital, ki izvirata iz dveh degeneriranih sp orbital. Zdaj pa ostajata dve čisti p orbitali nespremenjeni, kar A omogoča, da oblikuje dve dvojni vezi ali trojno obveznico ()..

Z drugimi besedami: če je v strukturi C skladna z zgoraj navedenim (= C = ali C≡C), potem je njegova hibridizacija sp. Za druge manj ilustrativne atome - kot so prehodne kovine - je opis elektronske in molekularne geometrije zapleten, ker se upoštevata tudi orbitali d in celo f orbitale..

Hibridne orbitale ločimo s kotom 180 °. Zato so povezani atomi razporejeni v linearno molekularno geometrijo (B-A-B). Nazadnje lahko na spodnji sliki vidite strukturo cianidnega aniona:

Reference

1. Sven. (3. junij 2006). S-p-orbitale. [Slika] Pridobljeno 24. maja 2018, od: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Maj 2002). Lepljenje in hibridizacija. Vzpostavljeno 24. maja 2018, od: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Hibridizacijska bližnjica. Vzpostavljeno 24. maja 2018, iz: masterorganicchemistry.com
4. Dr. Ian Hunt. Oddelek za kemijo Univerze v Calgaryju. sp3 hibridizacija. Vzpostavljeno 24. maja 2018, iz: chem.ucalgary.ca
5. Kemična vezava II: molekularna geometrija in hibridizacija atomskih orbitalov 10. poglavje [PDF]. Vzpostavljeno 24. maja 2018, od: wou.edu
6. Quimitube (2015). Kovalentna vez: Uvod v hibridizacijo atomskih orbitalov. Vzpostavljeno 24. maja 2018, iz: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četrta izdaja, str. 51). Mc Graw Hill.