Хімічна гібридизація sp, sp2, sp3



The хімічна гібридизація є "сумішшю" атомних орбіталей, концепція яких була введена хіміком Лінусом Паулінг в 1931 році для висвітлення недосконалості теорії зв'язку Валенсії (TEV). Які недоліки? Це: молекулярна геометрія та еквівалентна довжина ланки в молекулах, як метан (СН4).

Згідно ТЕВ, в метані атомні орбіталі С утворюють чотири σ-зв'язки з чотирма атомами Н. 2р-орбіталі з формами форм (нижнє зображення) С перпендикулярні один одному, тому Hs повинні бути відокремлені один від одного. інших під кутом 90º.

Додатково, 2s (сферична) орбіталь C пов'язана з орбітальною 1s H під кутом 135º відносно інших трьох Hs, проте експериментально встановлено, що кути в CH4 є 109,5 ° і що, крім того, довжини зв'язків C-H є еквівалентними.

Щоб пояснити це, потрібно розглянути комбінацію вихідних атомних орбіталей, щоб сформувати чотири вироджені гібридні орбіталі (рівної енергії). Тут приходить хімічна хімія. Що таке гібридні орбіталі? Це залежить від атомних орбіталей, які їх генерують. Вони також демонструють суміш цих електронних характеристик.

Індекс

  • 1 sp3 Гібридизація
    • 1.1 Інтерпретація
    • 1.2 Відхилення кутів зв'язків
  • 2 Гібридизація sp2
  • 3 Hybridization sp
  • 4 Посилання

Hybridization sp3

У випадку СН4, Гібридизація с3. З цього підходу молекулярна геометрія пояснюється чотирма SP орбіталями3 розділені на 109,5º і вказують на вершини тетраедра.

На зображенні вище можна побачити, як СП орбіталі3 (зелений) встановлюють тетраедричну електронну середу навколо атома (А, яка є С для СН4).

Чому 109,5º, а не інші кути, щоб "намалювати" різну геометрію? Причина полягає в тому, що цей кут мінімізує електронні відштовхування чотирьох атомів, які пов'язані з A.

Таким чином, молекула СН4 може бути представлена ​​як тетраедр (тетраедрична молекулярна геометрія).

Якщо замість H, C утворюються зв'язки з іншими групами атомів, то яка б тоді була її гібридизація? До тих пір, поки вуглець утворює чотири σ-зв'язки (C-A), його гібридизація буде3.

Можна припустити, що в інших органічних сполуках, таких як СН3OH, CCl4, C (CH3)4, C6H12 (циклогексан) і т.д., вуглець має sp гібридизацію3.

Це принципово для ескізу органічних структур, де вуглеводи з простими зв'язками являють собою точки дивергенції; тобто структура не залишається в одній площині.

Інтерпретація

Що таке найпростіша інтерпретація для цих гібридних орбіталей без вирішення математичних аспектів (хвильових функцій)? Sp-орбіталі3 мається на увазі, що вони походять від чотирьох орбіталей: один s і три p.

Оскільки комбінація цих атомних орбіталей повинна бути ідеальною, чотири sp орбіталі3 утворюються однакові і займають різні орієнтації в просторі (наприклад, у орбіталях px, сторі і pz).

Вищезазначене застосовне для решти можливих гібридизацій: число утворених гібридних орбіталей є таким же, як і число об'єднаних атомних орбіталей. Наприклад, sp гібридні орбіталі3d2 вони утворені з шести атомних орбіталей: один s, три p та два d.

Відхилення кутів зв'язків

Згідно з теорією відштовхування електронних пар шару Валенсії (VSEPR), пара вільних електронів займає більший об'єм, ніж пов'язаний атом. Це призводить до роз'єднання ланок, зменшення електронного натягу і відхилення кутів 109,5º:

Наприклад, у молекулі води атоми Н пов'язані з sp орбіталями3 (зеленим), а також пари електронів, які не розділяються ":" займають ці орбіталі.

Відштовхування цих пар електронів зазвичай представлено як "дві глобуси з очима", які завдяки їх об'єму відштовхують дві зв'язки σ O-H.

Таким чином, у воді кути зв'язків дійсно є 105º, а не 109,5º, що очікуються для тетраедричної геометрії.

Яка ж геометрія має H?2O? Вона має кутову геометрію. Чому? Оскільки, хоча електронна геометрія є чотиригранною, дві пари нерозподілених електронів відволікають від неї до кутової геометрії молекули..

Hybridization sp2

Коли атом поєднує дві р і одну орбіталі, він генерує три sp гібридні орбіталі2; однак, орбітальна р залишається незмінною (тому що вони три), яка представлена ​​у вигляді помаранчевої смуги на зображенні вище.

Тут три sp орбіталі2 вони зелені, щоб підкреслити свою відмінність від помаранчевої смуги: «чиста» орбітальна.

Атом з sp гібридизацією2 можна візуалізувати як плоску тригональну підлогу (трикутник, намальований з sp орбіталями2 зеленого кольору), вершини яких розділені кутами 120º і перпендикулярними до бару.

І яку роль відіграє чиста п-орбітальна гра? Це формування подвійного зв'язку (=). Sp-орбіталі2 дозволяють утворювати три σ-зв'язки, тоді як чиста p-орбітальна π-зв'язок (подвійна або потрійна зв'язок означає одну або дві π-зв'язки).

Наприклад, малювати карбонільну групу і структуру молекули формальдегіду (Н2C = O), продовжується наступним чином:

Sp-орбіталі2 як C, так і O утворюють зв'язок σ, тоді як їх чисті орбіталі утворюють зв'язок π (помаранчевий прямокутник).

Можна бачити, як інші електронні групи (атоми Н і нерозподілені електронні пари) знаходяться в інших sp орбіталях.2, розділені на 120º.

Hybridization sp

Верхнє зображення показує атом А з sp гібридизацією. Тут орбітальні s та p-орбіталі поєднуються для виникнення двох вироджених sp-орбіталей. Проте тепер два чисті p-орбіталі залишаються незмінними, що дозволяє формувати дві подвійні зв'язки або потрійний зв'язок (≡).

Іншими словами: якщо в структурі a C відповідає вищезазначеному (= C = або C≡C), то його гібридизація є sp. Для інших менш ілюстративних атомів - таких як перехідні метали - опис електронної та молекулярної геометрії ускладнюється, оскільки розглядаються також орбіталі d і навіть f-орбіталі..

Гібридні орбіталі розділені на кут 180º. З цієї причини пов'язані атоми розташовані в лінійній молекулярній геометрії (B-A-B). Нарешті, на зображенні нижче ви можете побачити структуру ціанід-аніона:

Список літератури

  1. Sven. (3 червня 2006 р.). S-p-орбіталі. [Малюнок] Отримано 24 травня 2018 року від: commons.wikimedia.org
  2. Річард С. Банки. (Травень 2002 р.). Зв'язування і гібридизація. Отримано 24 травня 2018 р. З: chemistry.boisestate.edu
  3. Джеймс. (2018). Ярлик гібридизації. Отримано 24 травня 2018 року від: masterorganicchemistry.com
  4. Доктор Ян Хант. Хімічний факультет Університету Калгарі. sp3 гібридизація. Отримано 24 травня 2018 р. З: chem.ucalgary.ca
  5. Хімічне зв'язування II: молекулярна геометрія та гібридизація атомних орбіталів Глава 10. [PDF]. Отримано 24 травня 2018 року з: wou.edu
  6. Quimitube (2015). Ковалентний зв'язок: Введення в гібридизацію атомних орбіталей. Отримано 24 травня 2018 р. З: quimitube.com
  7. Shiver & Atkins. (2008). Неорганічна хімія (Четверте видання, стор. 51). Mc Graw Hill.