Ķīmiskā hibridizācija sp, sp2, sp3

The ķīmiskā hibridizācija ir atomu orbitāļu "maisījums", kura jēdzienu ieviesa ķīmiķis Linus Paulings 1931. gadā, lai segtu Valensijas saiknes teorijas (TEV) nepilnības. Kādas nepilnības? Tie ir: molekulāro ģeometriju un ekvivalentu saites garumu molekulās, piemēram, metānā (CH₄).

Saskaņā ar TEV, metānā C atomu orbitāli veido četrus σ saiknes ar četriem H atomiem, un 2p orbitāli ar formām C (apakšējais attēls) ir perpendikulāri viens otram, tāpēc Hs ir jānošķir 90 ° leņķī.

Turklāt Cs 2s (sfēriskais) orbitāls ir saistīts ar H 1s orbitāli 135º leņķī attiecībā pret pārējiem trim Hs, tomēr eksperimentāli konstatēts, ka leņķi CH₄ ir 109,5º un turklāt C-H obligāciju garumi ir līdzvērtīgi.

Lai to izskaidrotu, ir jāņem vērā sākotnējo atomu orbitālu kombinācija, kas veido četrus deģenerētus hibrīda orbītas (vienādas enerģijas). Šeit nāk ķīmiskā ķīmija. Kādas ir hibrīda orbītas? Tas ir atkarīgs no atomu orbitālēm, kas tās rada. Tajos ir arī to elektronisko īpašību maisījums.

Indekss

• 1 sp3 hibridizācija
  • 1.1. Mutiskā tulkošana
  • 1.2. Saites leņķu novirzes
• 2 Hibridizācija sp2
• 3 Hibridizācija sp
• 4 Atsauces

Hibridizācija sp³

CH gadījumā₄, C hibridizācija ir sp³. No šīs pieejas molekulāro ģeometriju izskaidro četri sp orbitāli³ atdalīts 109,5º un vērsts pret tetraedra virsotnēm.

Augstāk redzamajā attēlā redzams, kā sp orbitāles³ (zaļš) izveido tetraedrisku elektronisko vidi ap atomu (A, kas ir C CH₄).

Kāpēc 109,5º, nevis citi leņķi, lai "izdarītu" citu ģeometriju? Iemesls tam ir tas, ka šis leņķis līdz minimumam samazina četru atomu elektronisko atgrūšanu, kas ir saistīti ar A.

Šādā veidā CH molekula₄ var tikt attēlots kā tetraedrons (tetraedriska molekulārā ģeometrija).

Ja H vietā C veidotu saikni ar citām atomu grupām, kas tad būtu tās hibridizācija? Kamēr ogleklis veido četras σ saites (C-A), tā hibridizācija būs³.

Var pieņemt, ka citos organiskos savienojumos, piemēram, CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cikloheksāns) utt., ogleklim ir spibridizācija³.

Tas ir būtiski, lai ieskicētu organiskās struktūras, kur oglekļi ar vienkāršām obligācijām ir atšķirības punkti; tas ir, struktūra paliek vienā plaknē.

Mutiskā tulkošana

Kāda ir vienkāršākā interpretācija šiem hibrīdiem orbitāliem, neņemot vērā matemātiskos aspektus (viļņu funkcijas)? Sp orbitāli³ nozīmē, ka tās ir cēlušas četras orbītas: viena s un trīs p.

Tā kā šo atomu orbitāļu kombinācijai ir jābūt ideālai, četrām sporbitālēm³ rezultāts ir identisks un aizņem dažādas orientācijas kosmosā (piemēram, orbitālēs p_x, p_un un p_z).

Iepriekšminētais ir piemērojams pārējiem iespējamiem hibridizācijām: veidoto hibrīdu orbitāļu skaits ir tāds pats kā kombinēto atomu orbītu skaitam. Piemēram, spibrīda orbītas³d² tie ir veidoti no sešiem atomu orbitāliem: viens s, trīs p un divi d.

Saites leņķu novirzes

Saskaņā ar Valensijas slāņa elektronisko pāru atgrūšanas teoriju (VSEPR), brīvo elektronu pāris aizņem vairāk apjoma nekā saistītais atoms. Tas noved pie tā, ka saites tiek pārvietotas, samazinot elektronisko spriegumu un novirzot 109,5º leņķus:

Piemēram, ūdens molekulā H atomi ir piesaistīti sp orbitālēm³ (zaļā krāsā), kā arī elektronu pāri, kas nav kopīgi ":" aizņem šos orbītas.

Šo elektronu pāru atbaidīšana parasti tiek attēlota kā "divi globusi ar acīm", kas to tilpuma dēļ atgrūž divas obligācijas σ O-H.

Tādējādi ūdenī saikņu leņķi patiešām ir 105º, nevis 109,5º, kas sagaidāms tetrahedras ģeometrijā.

Kāda ģeometrija ir H?₂O? Tam ir leņķa ģeometrija. Kāpēc? Tā kā elektroniskā ģeometrija ir tetraedriska, divi pāri, kas nav kopīgi, mazina to ar leņķisko molekulāro ģeometriju.

Hibridizācija sp²

Kad atoms apvieno divus p un viena orbītas, tas rada trīs spibrīda orbītas²; tomēr orbītā p paliek nemainīgs (jo tie ir trīs), kas attēlā ir attēlots kā oranža josla.

Šeit, trīs sp orbitāles² tie ir zaļi, lai izceltu to atšķirību no oranža joslas: "tīra" p orbitāla.

Atoms ar spibridizāciju² var vizualizēt kā plakanu trigonālu grīdu (trijstūris ar sp orbitālēm² zaļā krāsā), tā virsotnes atdalītas ar 120º leņķiem un perpendikulāri stienim.

Un kāda loma tīrā p orbitālajā spēlē? Tas, kas veido divkāršu saiti (=). Sp orbitāli² ļauj veidot trīs σ obligācijas, bet tīrā p orbitālā π obligācija (dubultā vai trīskāršā obligācija nozīmē vienu vai divas π obligācijas).

Piemēram, lai izstrādātu karbonilgrupu un formaldehīda molekulas struktūru (H₂C = O), notiek šādi:

Sp orbitāli² gan C, gan O veido saiti σ, bet to tīras orbītas veido saiti π (oranžais taisnstūris).

Ir redzams, kā pārējās elektroniskās grupas (H atomi un nesadalīti elektronu pāri) atrodas citos spriegumos.², atdalīts ar 120º.

Hibridizācija sp

Augšējā attēlā ir atoms A ar spibridizāciju. Šeit orbitāls s un p orbitāls apvienojas, lai radītu divus deģenerētus sp orbitālus. Tomēr tagad divas tīras p orbītas paliek nemainīgas, kas ļauj A veidot divas dubultās saites vai trīskāršās saites (≡).

Citiem vārdiem sakot: ja struktūrā C atbilst iepriekšminētajam (= C = vai C≡C), tad tā hibridizācija ir sp. Citiem mazāk ilustratīviem atomiem - piemēram, pārejas metāliem - elektronisko un molekulāro ģeometriju apraksts ir sarežģīts, jo tiek ņemtas vērā arī orbītas d un pat f orbitāles..

Hibrīda orbītas tiek atdalītas ar leņķi 180º. Šī iemesla dēļ saistītie atomi ir sakārtoti lineārā molekulārā ģeometrijā (B-A-B). Visbeidzot, zemāk redzamajā attēlā redzama cianīda anjona struktūra:

Atsauces

1. Sven. (2006. gada 3. jūnijs). S-p-orbitāli. [Attēls] Saturs iegūts 2018. gada 24. maijā no: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (2002. gada maijs). Līmēšana un hibridizācija. Saturs iegūts 2018. gada 24. maijā no: chemistry.boisestate.edu
3. Džeimss. (2018). Hibridizācijas saīsne. Saturs iegūts 2018. gada 24. maijā no: masterorganicchemistry.com
4. Dr Ian Hunt. Kalgari Universitātes Ķīmijas katedra. sp3 hibridizācija. Saturs iegūts 2018. gada 24. maijā no: chem.ucalgary.ca
5. Ķīmiskā saistīšana II: molekulārā ģeometrija un atomu orbitāļu hibridizācija 10. nodaļa. [PDF]. Saturs iegūts 2018. gada 24. maijā no: wou.edu
6. Quimitube (2015). Kovalentā saite: Ievads atomu orbītu hibridizācijā. Saturs iegūts 2018. gada 24. maijā no: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija (Ceturtais izdevums, 51. lpp.). Mc Graw kalns.