Chemická hybridizácia sp, sp2, sp3

chemická hybridizácia je "zmesou" atómových orbitálov, ktorých koncepciu zaviedol chemik Linus Pauling v roku 1931 na pokrytie nedostatkov teórie Spojenia Valencie (TEV). Aké nedokonalosti? Sú to: molekulárne geometrie a ekvivalentné dĺžky spojov v molekulách ako metán (CH₄).

Podľa TEV, v metáne atómové orbity C tvoria štyri σ väzby so štyrmi atómami H. 2p orbitály s formas formami (spodný obrázok) C sú kolmé na seba, takže Hs by mal byť oddelený ostatných pod uhlom 90 °.

Navyše, 2s (sférický) orbitál C je spojený s orbitálom 1s H v uhle 135 ° vzhľadom na ostatné tri Hs, avšak experimentálne sa zistilo, že uhly v CH₄ sú 109,5 ° a že okrem toho sú dĺžky väzieb C-H ekvivalentné.

Aby sme to vysvetlili, musí sa uvažovať o kombinácii pôvodných atómových orbitálov, aby sa vytvorili štyri degenerované hybridné orbitály (rovnakej energie). Tu prichádza chemická chémia. Čo sú hybridné orbitály? Závisí to od atómových orbitálov, ktoré ich vytvárajú. Vykazujú tiež zmes týchto elektronických charakteristík.

index

• 1 sp3 Hybridizácia
  • 1.1 Tlmočenie
  • 1.2 Odchýlky uhlov väzieb
• 2 Hybridizačná sp2
• 3 Hybridizácia sp
• 4 Odkazy

Hybridizácia sp³

V prípade CH₄, Hybridizácia C je sp³. Z tohto prístupu je molekulárna geometria vysvetlená štyrmi sp orbitálmi³ oddelené na 109,5 ° a smerujúce k vrcholom štvorstenu.

Na obrázku vyššie môžete vidieť, ako sp orbitals³ (zelená) okolo tetraedrického elektronického prostredia okolo atómu (A, čo je C pre CH₄).

Prečo 109,5 ° a nie iné uhly, aby sa „nakreslila“ iná geometria? Dôvodom je, že tento uhol minimalizuje elektronické odpudenie štyroch atómov, ktoré sú spojené s A.

Týmto spôsobom sa molekula CH₄ môže byť reprezentovaný ako tetraedrón (tetrahedrálna molekulová geometria).

Ak namiesto H vytvorili väzby s inými skupinami atómov, čo by potom bola jeho hybridizácia? Pokiaľ uhlík tvorí štyri väzby σ (C-A), jeho hybridizácia bude³.

Možno predpokladať, že v iných organických zlúčeninách, ako je CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cyklohexán) atď., uhlík má sp hybridizáciu³.

To je nevyhnutné na načrtnutie organických štruktúr, kde uhlíky s jednoduchými väzbami predstavujú body divergencie; to znamená, že štruktúra nezostáva v jednej rovine.

interpretácia

Aká je najjednoduchšia interpretácia týchto hybridných orbitálov bez toho, aby sa riešili matematické aspekty (vlnové funkcie)? Sp orbitály³ znamenajú, že boli vytvorené štyrmi orbitálmi: jedna s a tri s.

Pretože kombinácia týchto atómových orbitálov má byť ideálna, štyri sp orbitály³ výsledné sú identické a zaberajú rôzne orientácie v priestore (napr. v orbitále str_x, p_a a str_z).

Vyššie uvedené platí pre zvyšok možných hybridizácií: počet vytvorených hybridných orbitálov je rovnaký ako počet kombinovaných atómových orbitálov. Napríklad sp hybrid orbitals³d² sú tvorené šiestimi atómovými orbitálmi: jedna s, tri p a dve d.

Odchýlky uhlov väzieb

Podľa teórie odpudenia elektronických párov vrstvy Valencia (VSEPR), pár voľných elektrónov zaberá väčší objem ako viazaný atóm. To spôsobuje, že sa spoje pohybujú od seba, znižujú elektronické napätie a odkláňajú uhly 109,5 °:

Napríklad v molekule vody sú atómy H viazané na sp orbitály³ (v zelenej farbe) a tiež páry elektrónov, ktoré nie sú zdieľané ":" obsadzujú tieto orbitály.

Odpory týchto párov elektrónov sú zvyčajne reprezentované ako "dve gule s očami", ktoré vďaka svojmu objemu odpudzujú dve väzby σ O-H.

Tak, vo vode uhly väzieb sú naozaj 105º, namiesto 109,5 ° očakávané pre tetrahedral geometrie.

Aká geometria má potom H?₂O? Má uhlovú geometriu. Prečo? Pretože aj keď je elektronická geometria tetrahedrálna, dva páry nezdieľaných elektrónov ju oddeľujú od uhlovej molekulárnej geometrie..

Hybridizácia sp²

Keď atóm kombinuje orbitály dvoch p a jedného, ​​generuje tri sp hybridné orbitály²; avšak orbitál p zostáva nezmenený (pretože sú tri), čo je na obrázku vyššie znázornené ako oranžová čiara.

Tu sú tri sp orbitály² sú zelené, aby zvýraznili svoj rozdiel od oranžovej lišty: "čistý" orbitál.

Atóm s hybridizáciou sp² môže byť zobrazený ako plochá trigonálna podlaha (trojuholník nakreslený sp orbitals² zelenej farby), pričom jeho vrcholy sú oddelené uhlami 120 ° a kolmé na tyč.

A akú úlohu hrá čistá orbitálna hra? Vytvorenie dvojitej väzby (=). Sp orbitály² umožňujú vytvorenie troch σ väzieb, zatiaľ čo čistý p orbitál a π väzba (dvojitá alebo trojitá väzba znamenajú jednu alebo dve väzby π).

Napríklad na nakreslenie karbonylovej skupiny a štruktúry molekuly formaldehydu (H₂C = O), postupuje nasledovne:

Sp orbitály² obe C a O tvoria väzbu σ, zatiaľ čo ich čisté orbitály tvoria väzbu π (oranžový obdĺžnik).

Je možné vidieť, ako sa ostatné elektronické skupiny (atómy H a nezdieľané páry elektrónov) nachádzajú v ostatných sp orbitaloch.², oddelené o 120 °.

Hybridizácia sp

Horný obrázok ukazuje atóm A s hybridizáciou sp. Tu sa orbitál a orbitál spoja, aby vznikli dve degenerované sp orbitály. Teraz však dva čisté p orbitály zostávajú nezmenené, čo umožňuje A tvoriť dve dvojité väzby alebo trojitú väzbu (≡).

Inými slovami: ak v štruktúre a C vyhovuje vyššie uvedenému (= C = alebo C = C), potom je jej hybridizácia sp. Pre iné menej ilustratívne atómy - ako sú prechodné kovy - je opis elektronických a molekulárnych geometrií komplikovaný, pretože sú uvažované aj orbitály d a dokonca aj orbitály..

Hybridné orbitály sú oddelené uhlom 180 °. Z tohto dôvodu sú spojené atómy usporiadané v lineárnej molekulárnej geometrii (B-A-B). Na obrázku nižšie vidíte štruktúru kyanidového aniónu:

referencie

1. Sven. (3. jún 2006). S-p-orbitálov. [Obrázok]. Získané 24. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Máj 2002). Lepenie a hybridizácia. Získané 24. mája 2018, z: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Skratka hybridizácie. Získané 24. mája 2018, z: masterorganicchemistry.com
4. Ian Hunt. Katedra chémie, Univerzita v Calgary. sp3 hybridizácia. Získané 24. mája 2018, z: chem.ucalgary.ca
5. Chemické väzby II: Molekulárna geometria a hybridizácia atómových orbitálov Kapitola 10. [PDF]. Získané 24. mája 2018, z: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Kovalentná väzba: Úvod do hybridizácie atómových orbitálov. Získané 24. mája 2018, z: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chémia (Štvrté vydanie, strana 51). Mc Graw Hill.