A kémiai hibridizáció az atompályák "keveréke", amelynek koncepcióját Linus Pauling kémikus 1931-ben vezetett be, hogy fedezze a valenciakötés (TEV) elméletének hiányosságait. Milyen hiányosságok? Ezek a következők: a molekuláris geometriák és ekvivalens kötés hosszúságú molekulák, mint a metán (CH 4).
A TEV szerint a metánban a C atom atomjai négy σ kötést alkotnak négy H atommal. A C alakú alakzatok (az alsó kép) 2p pályái merőlegesek egymásra, tehát a H körülbelül néhánynak kell lennie másoktól 90º szögben.
Ezenkívül a C 2s (gömb alakú) gömbje kötődik a H 1s gömbéhez 135º szögben a másik három H-hoz viszonyítva. Kísérletileg azonban azt találták, hogy a CH 4 -ben a szögek 109,5 ° -ot jelentenek. Ezenkívül a C - H kötések hossza egyenértékű.
Ennek magyarázata érdekében figyelembe kell venni az eredeti atomi pályák kombinációját, hogy négy degenerált hibrid (azonos energiájú) pályát képezzenek. Itt a kémiai hibridizáció játszik szerepet. Milyen hibrid pályák? Attól függ, hogy mely atomi pályák képezik őket. Ezen felül elektronikus jellemzőik keverékét mutatják be.
Sp hibridizáció
A esetében CH 4, a hibridizáció a C SP 3. Ebből a megközelítésből a molekuláris geometriát négy sp 3- as pályával magyarázzuk, amelyek 109,5 ° -on vannak elválasztva és egy tetraéder csúcsai felé mutatnak.
A felső kép látható, hogy a SP 3 pályák (zöld) létrehoz egy tetraéderes elektronikus környezetben körül az atom (A, amely C-CH 4).
Miért van 109,5º, és nem más szögek, hogy egy másik geometria "rajzoljon"? Ennek oka az, hogy ez a szög minimalizálja az A-hoz kötődő négy atom elektronikus visszatérését.
Így, a CH 4 molekula lehet képviseli egy tetraéder (tetraéderes molekuláris geometria).
Ha H helyett C kötéseket képez más atomcsoportokkal, mi lenne ezek hibridizációja? Mindaddig, amíg a szén négy σ kötést (C - A) alkot, ezek hibridizációja sp 3 lesz.
Ez következésképpen lehet kiindulni, hogy a más szerves vegyületek, mint a CH 3 OH, CCI 4, C (CH 3) 4, a C 6 H 12 (ciklohexán), stb, a szén SP 3 hibridizáció.
Ez elengedhetetlen a szerves szerkezetek vázlatához, ahol az egyszeres kötéssel szénatomok eltérési pontokat képviselnek; vagyis a szerkezet nem marad egyetlen síkban.
Értelmezés
Mi a legegyszerűbb értelmezése ezeknek a hibrid pályáknak, anélkül, hogy foglalkoznánk a matematikai szempontokkal (a hullámfüggvények)? Az sp 3 orbitálisok azt sugallják, hogy négy orbitál származik: egy s és három p.
Mivel ezek kombinációja atomi pályák feltételezzük, hogy ideális, a kapott négy sp 3 pályák azonosak, és elfoglalják térbeli elhelyezkedése különböző (mint például a p x, p, és p z pályák).
A fentiek a lehetséges hibridizációk fennmaradására vonatkoznak: a kialakult hibrid pályák száma megegyezik az egyesített atompályák számával. Például, sp 3 d 2 hibrid pályák vannak kialakítva hat atomi pályák: az egyik s, három p és két d.
A kötési szög eltérései
A Valencia Shell elektronikus párjainak repulációs elmélete (RPECV) szerint egy szabad elektronpár nagyobb térfogatot foglal el, mint egy kötött atom. Ez a linkek egymástól való eltolódását eredményezi, csökkentve az elektronikus feszültséget és eltérve a szögeket 109,5º-tól:
Például a vízmolekulában a H-atomok kapcsolódnak az sp 3-as pályákhoz (zöld színben), valamint a meg nem osztott elektronpárokhoz is: "" elfoglalják ezeket a pályákat.
Ezeknek az elektronpároknak a visszatükröződését általában „két szemmel ellátott földgömbként” reprezentálják, amelyek térfogatuk miatt visszatükrözik a két σ O - H kötést.
Így a vízben a kötési szögek valójában 105 °, a tetraéderes geometriára várható 109,5 ° helyett.
Milyen geometriája van akkor H 2 O-nak? Szöggeometria van. Miért? Mivel annak ellenére, hogy az elektronikus geometria tetraéder, két nem megosztott elektron pár szögmolekuláris geometriává torzítja.
Sp hibridizáció
Ha egy atom kombinál két p és egy s pályák, generál három sp 2 hibrid pályák; azonban egy p orbitális változatlan marad (mert három ilyen van), amelyet a felső képen narancssárga oszlopként ábrázolunk.
Itt mind a három sp 2 körüli pálya zöld színű, hogy kiemelje különbségüket a narancssárga sávtól: a "tiszta" p orbitál.
Az sp 2 hibridizációjú atom lapos trigonális padlóként jeleníthető meg (az a háromszög, amelyen az Sp 2 pályák zöld színűek), csúcsait 120º szögek választják el egymástól és merőlegesek egy rúdra.
És milyen szerepet játszik a tiszta p orbitál? Kettős kötés kialakulása (=). Az sp 2 -pályák lehetővé teszik három σ-kötés kialakulását, míg a tiszta p-orbitális egy π-kötés (egy kettős vagy hármas kötés egy vagy két π-kötést tartalmaz).
Például, hogy felhívja a karbonilcsoport és a szerkezet a formaldehid-molekula (H 2 C = O), a következőképpen kell eljárni:
Mind a C, mind az O sp 2- pályái σ-kötést képeznek, tiszta pályáik pedig π-kötést (a narancssárga téglalapot).
Látható, hogy az elektronikus csoport többi része (H atomok és nem megosztott elektronpárok) a többi sp 2 pályán helyezkedik el, egymástól 120 ° -kal elválasztva.
Sp hibridizáció
A felső képen egy sp hibridizációval rendelkező A atomot ábrázolunk. Itt egy orbitális és egy p orbitális kombinációval két degenerált sp pályát képez. Most azonban két tiszta p-pálya változatlan marad, amelyek lehetővé teszik, hogy A kettős kötést vagy egy hármas kötést (≡) képezzen.
Más szavakkal: ha egy struktúrában egy C megfelel a fentieknek (= C = vagy C≡C), akkor hibridizációja sp. Más kevésbé szemléltető atomok - például átmeneti fémek - esetében az elektronikus és molekuláris geometriák leírása bonyolult, mivel a d és f fázisú frekvenciákat is figyelembe vesszük.
A hibrid pályákat 180º szögben választják el egymástól. Ezért a kötött atomok lineáris molekuláris geometriában (BAB) vannak elrendezve. Végül az alábbi képen a cianid-anion szerkezete látható:
Irodalom
- Sven. (2006. június 3). Sp-pályák.. Visszakeresve: 2018. május 24-én, a következő helyről: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (2002. május). Ragasztás és hibridizáció. Visszakeresve: 2018. május 24-én, a következőtől: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Hibridizációs parancsikon. Beolvasva: 2018. május 24-én, a következő címen: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. A Calgary Egyetem Kémia Tanszéke. sp3 hibridizáció. Visszakeresve: 2018. május 24-én, a következő címen: chem.ucalgary.ca
- II. Kémiai kötés: Atompályák molekuláris geometriája és hibridizációja, 10. fejezet. Visszakeresve: 2018. május 24-én, a következő webhelyről: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalens kötés: Bevezetés az atomi orbitális hibridizációhoz. Beolvasva: 2018. május 24-én, a következő címen: quimitube.com
- Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás, 51. o.). Mc Graw Hill.