Hibridizacija ugljika uključuje kombinaciju dvaju čistih atomskih orbitala za formiranje nove molekularne orbitalne „hibrid” s vlastitim karakteristikama. Pojam atomske orbitale daje bolje objašnjenje od prethodnog koncepta orbite, kako bi se utvrdila aproksimacija gdje je veća vjerojatnost pronalaska elektrona unutar jednog atoma.

Drugim riječima, atomska orbitala je predstavljanje kvantne mehanike koja daje predstavu o položaju elektrona ili para elektrona u određenom području unutar atoma, gdje je svaka orbitala definirana prema vrijednostima svojih brojeva kvantni.

Kvantni brojevi opisuju stanje sustava (poput elektrona unutar atoma) u datom trenutku, kroz energiju koja pripada elektronu (n), kutni zamah koji opisuje u svom gibanju (l), povezani magnetski trenutak (m) i spin elektrona dok putuje unutar atoma (atoma).

Ovi su parametri jedinstveni za svaki elektron u orbiti, tako da dva elektrona ne mogu imati potpuno iste vrijednosti od četiri kvantna broja, a svaku orbitalu mogu zauzeti najviše dva elektrona.

Što je hibridizacija ugljika?

Za opis hibridizacije ugljika mora se uzeti u obzir da karakteristike svake orbite (njegov oblik, energija, veličina itd.) Ovise o elektroničkoj konfiguraciji svakog atoma.

Odnosno, karakteristike svake orbitale ovise o rasporedu elektrona u svakoj "ljusci" ili nivou: od najbližeg jezgra do najudaljenije, poznate i kao valentna ljuska.

Elektroni na najudaljenijoj razini jedini su koji mogu formirati vezu. Stoga, kada se formira kemijska veza između dva atoma, nastaje preklapanje ili superpozicija dviju orbitala (po jedna iz svakog atoma) i to je usko povezano s geometrijom molekula.

Kao što je ranije spomenuto, svaka orbitala može biti napunjena s najviše dva elektrona, ali mora se slijediti Aufbau-ov princip, pomoću kojeg se orbitale pune prema njihovoj energetskoj razini (od najmanje do najveće), kao što je prikazano prikazuje u nastavku:

Na taj se način najprije popunjava razina 1 s, zatim 2 s, zatim 2 p i tako dalje, ovisno o tome koliko elektrona ima atom ili ion.

Dakle, hibridizacija je fenomen koji odgovara molekulama, jer svaki atom može pridonijeti samo čistim atomskim orbitalima (s, p, d, f), a zbog kombinacije dvije ili više atomskih orbitala, ista količina hibridne orbitale koje omogućuju veze između elemenata.

Glavne vrste

Atomske orbitale imaju različite oblike i prostorne orijentacije, povećavajući se složenošću, kao što je prikazano u nastavku:

Primjećuje se da postoji samo jedna vrsta s orbitale (sfernog oblika), tri vrste p orbitale (lobularni oblik, pri čemu je svaki režanj orijentiran na prostornu os), pet vrsta d orbitale i sedam vrsta f orbitale, gdje je svaka vrsta orbitala posjeduje točno istu energiju kao i ona takve vrste.

Ugljikov atom u svom osnovnom stanju ima šest elektrona čija je konfiguracija 1 s ² 2 s ² 2 p ^2. To jest, oni bi trebali zauzimati razinu 1 s (dva elektrona), 2 s (dva elektrona) i djelomično 2p (dva preostala elektrona) prema Aufbau-ovom principu.

To znači da je atom ugljika ima samo dva nesparene elektrone u 2 p orbitala, ali na taj način nije moguće objasniti nastajanje ili geometriju metana (CH ₄) molekule ili drugih složenijih one.

Dakle, za formiranje ovih veza potrebna je hibridizacija s i p orbitala (u slučaju ugljika), da bi se stvorile nove hibridne orbitale koje objašnjavaju čak i dvostruke i trostruke veze, pri čemu elektroni stječu najstabilniju konfiguraciju za formiranje molekula.,

Sp hibridizacija

Sp ³ hibridizacija sastoji se od formiranja četiri "hibridne" orbitale iz čistih orbitala 2s, 2p _x, 2p _y i 2p _z.

Dakle, dolazi do preuređenja elektrona na razini 2, gdje su na raspolaganju četiri elektrona za formiranje četiri veze i oni su paralelno raspoređeni kako bi imali manje energije (veća stabilnost).

Primjer je etilen molekula (C ₂ H ₄), čija se dobije 120 ° veze kutova između atoma i dati planarni trokutasti geometrija.

U ovom slučaju, CH i CC jednostruke veze (zbog sp ² orbitale) i CC dvostruka veza (zbog p orbitale) stvaraju se najstabilnije molekule.

Sp hibridizacija

Kroz sp ² hibridizaciju iz čiste 2s orbitale nastaju tri "hibridne" orbitale i tri čiste 2p orbitale. Nadalje, dobiva se čista p orbitala koja sudjeluje u stvaranju dvostruke veze (nazvane pi: "π").

Primjer je etilen molekula (C ₂ H ₄), čija se dobije 120 ° veze kutova između atoma i dati planarni trokutasti geometrija. U ovom slučaju nastaju CH i CC jednostruke veze (zbog sp ² orbitale) i CC dvostruka veza (zbog p orbitale) kako bi se formirala najstabilnija molekula.