Kemijski hibridizacija je „mix” od atomskih orbitala, čiji koncept je uveo kemičar Linus Pauling 1931. godine pokriti nesavršenosti teoriji valentne veze (TEV). Kakve nesavršenosti? To su: geometrija i molekularnih ekvivalent duljine obveznica molekula kao što su metan (CH 4).
Prema TEV-u, u metanu C atomske orbitale tvore četiri σ veze s četiri atoma H. 2p orbitale s oblicima oblika (donja slika) C međusobno su okomite, tako da bi H trebao biti oko nekoliko od ostalih pod kutom od 90 °.
Uz to, 2s (sferna) orbitala C veže se za orbital 1s H pod kutom od 135 ° u odnosu na ostala tri H. Međutim, eksperimentalno je utvrđeno da su kutovi u CH 4 109,5 ° i da Nadalje, duljine C - H veza su jednake.
Da bismo to objasnili, treba uzeti u obzir kombinaciju izvornih atomskih orbitala koje tvore četiri degenerirane hibridne orbitale (jednake energije). Ovdje dolazi u obzir kemijska hibridizacija. Kakve su hibridne orbitale? Ovisi o atomskim orbitalima koje ih generiraju. Također, pokazuju mješavinu svojih elektroničkih karakteristika.
Sp hibridizacija
U slučaju CH 4 je hibridizacija C je sp 3. Iz tog pristupa, molekularna geometrija je objasnio s četiri sp 3 orbitale razdvojena na 109.5º i upućuju prema vrhovima tetraedra.
U gornjoj slici je vidljivo kako sp 3 orbitale (zeleno) uspostavi tetraedrijski elektronsko okruženje oko atomom (A, koja je C tijekom CH 4).
Zašto 109,5º, a ne drugih kutova, kako bismo "nacrtali" drugačiju geometriju? Razlog je taj što taj kut minimizira elektronička odbijanja četiriju atoma koji se vežu za A.
Tako, CH 4 molekula može se prikazati kao tetraedra (tetraedarski molekulska geometrija).
Kad bi umjesto H, C stvorio veze s drugim skupinama atoma, što bi onda bila njihova hibridizacija? Sve dok ugljika oblike četiri veze protjecanja (C - A), njihova će se hibridizacija sp 3.
Može se pretpostaviti da je zbog toga u drugim organskim spojevima kao što su CH 3 OH, CCL 4, C (CH 3) 4, C C6 H 12 (cikloheksan), itd, ugljik je sp 3 hibridizacije.
Ovo je neophodno za skiciranje organskih struktura, gdje jednostruko vezani ugljikovi predstavljaju točke divergencije; to jest, struktura ne ostaje u jednoj ravnini.
Tumačenje
Koja je najjednostavnija interpretacija ovih hibridnih orbitala bez obraćanja matematičkih aspekata (valnih funkcija)? Sp 3 orbitale podrazumijevaju da su ih stvorile četiri orbitale: jedna s i tri str.
Jer je kombinacija ovih orbitale se pretpostavlja da je idealno, a rezultirajući četiri sp 3 orbitale identični i zauzimaju različite orijentacije u prostoru (kao što je p u x, p, i p z orbitala).
Gore navedeno primjenjuje se za ostale moguće hibridizacije: broj formiranih hibridnih orbitala jednak je broju atomskih orbitala koje se kombiniraju. Na primjer, sp 3 d 2 hibridne orbitale nastaju iz šest atomskih orbitala: jedna s, tri p i dvije d.
Odstupanja kuta veze
Prema teoriji odbojnosti elektronske pare Valencije Shell (RPECV), par slobodnih elektrona zauzima više volumena od vezanog atoma. Zbog toga se veze razdvajaju, smanjujući elektronski napon i odstupajući kutove od 109,5º:
Na primjer, u molekuli vode H atomi vezani na sp 3 orbitale (zeleno), a također i bazama elektronska para „:” zauzimaju ove orbitale.
Odbijanja ovih parova elektrona obično su predstavljena kao "dva globusa s očima", koja zbog svog volumena odbijaju dvije σ O - H veze.
Dakle, u vodi su kutovi veze zapravo 105 °, umjesto očekivanih 109,5 ° za tetraedarsku geometriju.
Što geometriju onda se H 2 O ima? Ima kutnu geometriju. Zašto? Budući da je elektronska geometrija tetraedarska, dva para nerazdijeljenih elektrona iskrivljavaju je na kutnu molekularnu geometriju.
Sp hibridizacija
Kada je atom spaja dva p i jedan s orbitala, stvara tri sp 2 hibridne orbitale; međutim, jedna p orbitala ostaje nepromijenjena (jer ih ima tri), koja je na gornjoj slici predstavljena kao narančasta traka.
Ovdje su sve tri sp 2 orbite obojene zeleno kako bi se istakla njihova razlika od narančaste trake: "čista" p orbitala.
Atom sa sp 2 hibridizacijom može se prikazati kao ravan trigonalni pod (trokut nacrtan s sp 2 orbitalima obojenom zelenom bojom), a vrhovi su razdvojeni kutovima 120 ° i okomito na šipku.
I kakvu ulogu igra čista p orbitala? Oblik formiranja dvostruke veze (=). Sp 2 orbitale omogućuju stvaranje tri σ veze, dok čista p orbitalna jedna π veza (dvostruka ili trostruka veza uključuje jednu ili dvije π veze).
Na primjer, za crtanje karbonilnu skupinu i strukturu molekule formaldehida (H 2 C = O), postupiti kako slijedi:
Sp 2 orbitale i C i O tvore σ vezu, dok njihove čiste orbitale tvore π vezu (narančasti pravokutnik).
Može se vidjeti kako su se ostale elektronske grupe (H atomi i parovi ne dijele elektroni) nalazili u ostalim orbitama sp 2, razdvojene za 120 °.
Sp hibridizacija
Na gornjoj slici prikazan je atom A sa sp hibridizacijom. Ovdje se jedna orbitala i jedna p orbitala kombiniraju kako bi tvorile dvije degenerirane sp orbitale. Međutim, sada dvije čiste p orbitale ostaju nepromijenjene, što dopušta A da tvori dvije dvostruke veze ili jednu trostruku vezu (≡).
Drugim riječima: ako je struktura C u skladu s gore navedenim (= C = ili C≡C), tada je njena hibridizacija sp. Za ostale manje ilustrativne atome - poput prijelaznih metala - opis elektroničkih i molekularnih geometrija je složen jer se razmatraju i d i kroz f orbitale.
Hibridne orbitale su razdvojene pod kutom od 180º. Iz tog razloga povezani atomi su raspoređeni u linearnoj molekularnoj geometriji (BAB). Konačno, na slici ispod strukture aniona cijanida može se vidjeti:
Reference
- Sven. (3. lipnja 2006.). Sp-orbitala., Preuzeto 24. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Svibanj 2002). Vezivanje i hibridizacija. Preuzeto 24. svibnja 2018. s: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018.). Prečac hibridizacije. Preuzeto 24. svibnja 2018. s: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Odjel za kemiju, Sveučilište u Calgaryu. sp3 hibridizacija. Preuzeto 24. svibnja 2018. s: chem.ucalgary.ca
- Kemijsko vezivanje II: Molekularna geometrija i hibridizacija atomskih orbitala Poglavlje 10.. Preuzeto 24. svibnja 2018. s: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalentno vezivanje: uvod u atomsku orbitalnu hibridizaciju. Preuzeto 24. svibnja 2018. s: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje., Str. 51). Mc Graw Hill.