Chemická hybridizace je „mix“ atomových orbitalů, jehož koncepce byla zavedena chemik Linus Pauling v roce 1931 na pokrytí nedokonalosti teorie valenční vazby (TEV). Jaké nedokonalosti? Jsou to: molekulární geometrie a ekvivalentní délky vazeb v molekulách, jako je metan (CH 4).
Podle TEV tvoří atomové orbity C v metanu čtyři vazby σ se čtyřmi atomy H. 2p orbity, s formasovými tvary (dolní obrázek) C, jsou vzájemně kolmé, takže H by mělo být asi několik od ostatních pod úhlem 90 °.
Dále, 2s (sférické) orbitalu C váže na 1s orbitalu H v úhlu 135º s ohledem na další tři H. však experimentálně bylo zjištěno, že úhly v CH 4 jsou 109.5º a že Kromě toho jsou délky vazeb C - H ekvivalentní.
Abychom to vysvětlili, musí se za to, že kombinace původních atomových orbitálů tvoří čtyři degenerované hybridní orbitaly (stejné energie). Zde začíná hrát chemická hybridizace. Jaké jsou hybridní orbitaly? Závisí to na atomových orbitálech, které je vytvářejí. Vykazují také směs svých elektronických charakteristik.
Sp hybridizace
Pro případ CH 4, hybridizace C je sp 3. Z tohoto přístupu, molekulární geometrie je vysvětlen čtyřmi sp 3 orbitals oddělené na 109.5º a směřuje k vrcholů čtyřstěnu.
Na obrázku výše vidíte, jak orbitaly sp 3 (zelené) vytvářejí tetrahedrální elektronické prostředí kolem atomu (A, což je C pro CH 4).
Proč 109,5º a ne jiné úhly, aby „kreslily“ jinou geometrii? Důvod je ten, že tento úhel minimalizuje elektronické odpuzování čtyř atomů, které se vážou na A.
To znamená, že CH 4 molekula může být reprezentován jako čtyřstěn (čtyřboká molekulární geometrie).
Pokud by místo H tvořily vazby s jinými skupinami atomů, jaká by tedy byla jejich hybridizace? Tak dlouho, jak uhlíkových formy čtyři å vazby (C - A), jejich hybridizace bude sp 3.
To může být v důsledku toho se předpokládá, že v jiných organických sloučenin, jako je CH 3 OH, tetrachlormethanu 4, C (CH 3) 4, C 6 H 12 (cyklohexan), atd, uhlík má sp 3 hybridizaci.
To je nezbytné pro skicování organických struktur, kde jednotlivé vázané uhlíky představují body divergence; to znamená, že struktura nezůstává v jediné rovině.
Výklad
Jaká je nejjednodušší interpretace těchto hybridních orbitálů bez řešení matematických aspektů (vlnové funkce)? Z orbitálů sp 3 vyplývá, že vznikly čtyři orbitaly: jedna s a tři s.
Vzhledem k tomu, že kombinace těchto atomových orbitalů se předpokládá, že je ideální, je výsledné čtyři sp 3 orbitalů jsou identické a zaujímají různé orientace v prostoru (například v p x, p, a p Z. orbitalů).
Výše uvedené platí pro zbytek možných hybridizací: počet vytvořených hybridních orbitálů je stejný jako počet kombinovaných atomových orbitálů. Například, sp 3 d 2 hybridní orbitaly jsou tvořeny šesti atomových orbitalů: jeden s, tři p a dva d.
Odchylky úhlu vazby
Podle teorie elektronického páru odporu ve Valencii Shell (RPECV) zabírá pár volných elektronů větší objem než vázaný atom. To způsobí, že se odkazy od sebe vzdálí, čímž se sníží elektronické napětí a odchylka úhlů od 109,5 °:
Například, v molekule vody atomy H jsou vázány na sp 3 orbitals (zeleně) a také Nesdílené páry elektronů „:“ zabírají tyto orbitaly.
Odraz těchto párů elektronů je obvykle reprezentován jako „dva glóby s očima“, které vzhledem ke svému objemu odpuzují dvě vazby O - H.
Ve vodě jsou tedy spojovací úhly ve skutečnosti 105 °, místo 109,5 ° očekávaných pro tetraedrickou geometrii.
Jakou geometrii má H 2 O? Má úhlovou geometrii. Proč? Protože ačkoli elektronická geometrie je tetrahedrální, dva páry nesdílených elektronů ji zkreslují na úhlovou molekulární geometrii.
Sp hybridizace
Když nějaký spojuje atom dva p a jedno s orbitaly, vytváří tři sp 2 hybridní orbitaly; jeden orbitál však zůstává nezměněn (protože jsou tři), který je na horním obrázku znázorněn jako oranžový pruh.
Zde jsou všechny tři orbitály sp 2 zbarveny zeleně, aby se zvýraznil jejich rozdíl od oranžové lišty: „čistý“ orbitál p.
Atom s hybridizací sp 2 lze vizualizovat jako ploché trigonální dno (trojúhelník nakreslený orbitaly sp 2 zbarvené zeleně), přičemž jeho vrcholy jsou odděleny 120 ° úhly a kolmo k baru.
A jakou roli hraje čistě orbitální? Vytvoření dvojné vazby (=). SP 2 orbitaly umožňují tvorbu tří å vazeb, zatímco čistý p orbital jeden π vazbu (dvojná nebo trojná vazba zahrnuje jednu nebo dvě n vazbami).
Například k tomu karbonylové skupiny a strukturu formaldehydu molekuly (H 2 C = O), postupuje se takto:
SP 2 orbitaly obou C a O tvoří vazba, zatímco jejich čisté orbitaly tvoří n vazbami (oranžový obdélník).
Je vidět, jak jsou zbytky elektronických skupin (atomy H a páry nesdílených elektronů) umístěny v ostatních orbitálech sp 2, oddělených 120 °.
Sp hybridizace
Na horním obrázku je znázorněn atom A s hybridizací sp. Zde se spojí jeden orbitál a jeden orbitál za vzniku dvou degenerovaných orbitálů. Nyní však zůstávají dvě čisté orbitaly nezměněny, což umožňuje A vytvořit dvě dvojné nebo jednu trojnou vazbu (≡).
Jinými slovy: pokud ve struktuře C odpovídá výše uvedenému (= C = nebo C≡C), pak je jeho hybridizace sp. U jiných méně ilustrativních atomů, jako jsou přechodné kovy, je popis elektronických a molekulárních geometrií komplikovaný, protože se uvažuje také o d a prostřednictvím orbitálů.
Hybridní orbity jsou odděleny v úhlu 180 °. Z tohoto důvodu jsou vázané atomy uspořádány v lineární molekulární geometrii (BAB). Nakonec je na obrázku pod strukturou kyanidového anionu vidět:
Reference
- Sven. (3. června 2006). Sp-Orbitals.. Citováno z 24. května 2018, z: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Květen 2002). Lepení a hybridizace. Citováno z 24. května 2018, z: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Hybridizační zkratka. Citováno z 24. května 2018, z: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Katedra chemie, University of Calgary. hybridizace sp3. Citováno z 24. května 2018, z: chem.ucalgary.ca
- Chemické vázání II: Molekulární geometrie a hybridizace atomových orbitálů Kapitola 10.. Citováno z 24. května 2018, z: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalentní lepení: Úvod do atomové okružní hybridizace. Citováno z 24. května 2018, z: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání., Str. 51). Mc Graw Hill.