Kemijska hibridizacija sp, sp2, sp3

kemijska hibridizacija je "mješavina" atomskih orbitala, čiji je koncept uveo kemičar Linus Pauling 1931. kako bi pokrio nesavršenosti Teorije veze Valencije (TEV). Koje nesavršenosti? To su: molekularne geometrije i ekvivalentne duljine veza u molekulama poput metana (CH₄).

U skladu s TEV-om, u metanu atomske orbitale C tvore četiri σ veze s četiri H atoma, a 2p orbitale s oblicima oblika (donja slika) C su međusobno okomite, tako da bi Hs trebali biti odvojeni. drugih pod kutem od 90 °.

Osim toga, 2s (sferna) orbita C je povezana s 1s orbitalom H pod kutom od 135º u odnosu na ostala tri H. Međutim, eksperimentalno je utvrđeno da su kutovi u CH₄ su 109.5 ° i da su, nadalje, duljine C-H veza ekvivalentne.

Da bismo to objasnili, treba uzeti u obzir kombinaciju izvornih atomskih orbitala da bi formirale četiri degenerirane hibridne orbitale (jednake energije). Evo kemijske kemije. Kakve su to hibridne orbitale? To ovisi o atomskim orbitalama koje ih stvaraju. Oni također pokazuju mješavinu tih elektroničkih karakteristika.

indeks

• 1 sp3 Hibridizacija
  • 1.1 Tumačenje
  • 1.2 Odstupanja kutova veza
• 2 Hibridizacija sp2
• 3 Hibridizacija sp
• 4 Reference

Hibridizacija sp³

U slučaju CH₄, Hibridizacija C je sp³. Iz ovog pristupa, molekularna geometrija se objašnjava s četiri sp orbitale³ razdvojeni na 109,5º i usmjereni prema vrhovima tetraedra.

Na slici iznad možete vidjeti kako su sp orbitale³ (zeleno) uspostavljaju tetraedarsku elektronsku okolinu oko atoma (A, koja je C za CH₄).

Zašto 109,5º, a ne druge kutove, kako bi se "nacrtala" drugačija geometrija? Razlog je u tome što ovaj kut minimizira elektroničke odbojnosti četiri atoma koji su povezani s A.

Na taj način, molekula CH₄ može se predstaviti kao tetraedar (tetraedarska geometrija molekula).

Ako je umjesto H, C formirana veza s drugim skupinama atoma, što bi onda bila njegova hibridizacija? Sve dok ugljik formira četiri σ veze (C-A), njegova će hibridizacija biti³.

Može se pretpostaviti da u drugim organskim spojevima kao što je CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cikloheksan), itd., ugljik ima sp hibridizaciju³.

To je temeljno za skiciranje organskih struktura, gdje ugljikovi s jednostavnim vezama predstavljaju točke divergencije; to jest, struktura ne ostaje u jednoj ravnini.

interpretacija

Koja je najjednostavnija interpretacija tih hibridnih orbitala bez adresiranja matematičkih aspekata (valnih funkcija)? Sp orbitale³ podrazumijevaju da su nastale iz četiri orbitale: jedna s i tri str.

Budući da bi kombinacija ovih atomskih orbitala trebala biti idealna, četiri sp orbitale³ rezultirajući su identični i zauzimaju različite orijentacije u prostoru (kao u orbitalima str_x, p_i i str_z).

Navedeno je primjenjivo za ostale moguće hibridizacije: broj formiranih hibridnih orbitala jednak je broju kombiniranih atomskih orbitala. Na primjer, sp hibridne orbitale³d² oni su formirani iz šest atomskih orbitala: jedan s, tri p i dva d.

Odstupanja kutova veza

Prema Teoriji odbijanja elektroničkih para sloja Valencije (VSEPR), par slobodnih elektrona zauzima više volumena nego povezani atom. To uzrokuje pomicanje veza, smanjenje elektroničke napetosti i preusmjeravanje kutova od 109,5º:

Na primjer, u molekuli vode H atomi su vezani za sp orbitale³ (zeleno), a također i parovi elektrona koji nisu zajednički ":" zauzimaju ove orbitale.

Repulzije ovih parova elektrona obično su predstavljene kao "dvije globuse s očima", koje zbog svog volumena odbijaju dvije veze σ O-H.

Dakle, u vodi su kutovi veza stvarno 105º, umjesto 109,5º koje se očekuju za tetraedralnu geometriju.

Koja je to geometrija H?₂O? Ima kutnu geometriju. Zašto? Budući da je elektronička geometrija tetraedarska, dva para ne-zajedničkih elektrona od nje oduzimaju kutnu geometriju molekula..

Hibridizacija sp²

Kada atom kombinira dvije p i jednu s orbitale, generira tri sp hibridne orbitale²; međutim, orbitalna p ostaje nepromijenjena (jer su tri), što je prikazano kao narančasta crta na slici iznad.

Ovdje, tri sp orbitale² oni su zeleni kako bi istaknuli svoju razliku od narančaste trake: "čista" orbitalna.

Atom s sp hibridizacijom² može se vizualizirati kao ravan trigonski pod (trokut nacrtan s sp orbitalima² zelene boje), s vrhovima odvojenim kutovima od 120º i okomitim na šipku.

Kakvu ulogu igra čista orbitalna igra? Formiranje dvostruke veze (=). Sp orbitale² omogućuju formiranje tri σ veze, dok čista p orbitalna π veza (dvostruka ili trostruka veza podrazumijeva jednu ili dvije π veze).

Na primjer, crtanje karbonilne skupine i strukture formaldehidne molekule (H₂C = O), nastavlja se kako slijedi:

Sp orbitale² i C i O tvore vezu σ, dok njihove čiste orbitale tvore vezu π (narančasti pravokutnik).

Može se vidjeti kako se ostatak elektroničkih skupina (H-atomi i ne-zajednički elektronski parovi) nalaze u drugim sp orbitalima.², odvojeni su za 120º.

Hibridizacija sp

Gornja slika prikazuje atom A s sp hibridizacijom. Ovdje se orbitalna s i p orbitala spajaju s dva degenerirana sp orbitala. Međutim, sada dvije čiste p orbitale ostaju nepromijenjene, što omogućuje da A formira dvije dvostruke veze ili trostruku vezu ().

Drugim riječima: ako je u strukturi C u skladu s gore navedenim (= C = ili C≡C), tada je njegova hibridizacija sp. Za druge manje ilustrativne atome - kao što su prijelazni metali - opis elektroničke i molekularne geometrije je kompliciran jer se također razmatraju orbitale d, pa čak i f orbitale..

Hibridne orbitale razdvajaju kut od 180º. Zbog toga su povezani atomi raspoređeni u linearnoj molekularnoj geometriji (B-A-B). Konačno, na slici ispod možete vidjeti strukturu cijanidnog aniona:

reference

1. Sven. (3. lipnja 2006.). S-p-orbitale. [Slika]. Preuzeto 24. svibnja 2018. s adrese: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Svibanj 2002.). Lijepljenje i hibridizacija. Preuzeto 24. svibnja 2018., iz: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018.). Prečac za hibridizaciju. Preuzeto 24. svibnja 2018., iz: masterorganicchemistry.com
4. Dr. Ian Hunt. Odjel za kemiju Sveučilišta u Calgaryju. sp3 hibridizacija. Preuzeto 24. svibnja 2018. iz: chem.ucalgary.ca
5. Kemijsko spajanje II: molekularna geometrija i hibridizacija atomskih orbitala Poglavlje 10. [PDF]. Preuzeto 24. svibnja 2018. od: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Kovalentna veza: Uvod u hibridizaciju atomskih orbitala. Preuzeto 24. svibnja 2018., s adrese: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četvrto izdanje, str. 51). Mc Graw Hill.