Den kemiska hybridiseringen är "blandningen" av de atomära orbitalerna, vars koncept introducerades av kemisten Linus Pauling 1931 för att täcka brister i teorin om valensbindningen (TEV). Vilka brister? Dessa är: molekylära geometrier och ekvivalenta bindningslängder i molekyler som metan (CH 4 ).
Enligt TEV bildar de atomära orbitalerna i metan fyra bindningar med fyra H.-atomer. 2p-orbitalerna, med formformer (bottenbild) av C är vinkelräta mot varandra, så H bör vara några från andra i 90 ° vinkel.
Dessutom, de 2s (sfäriska) omloppsbanor av C binder till 1s omloppsbanor av H i en vinkel på 135º i förhållande till de andra tre H. Emellertid experimentellt har det visat sig att vinklarna i CH 4 är 109.5º och att Dessutom är längden på C-H-obligationerna likvärdiga.
För att förklara detta måste en kombination av de ursprungliga atomborrningarna anses bilda fyra degenererade hybridbana (med lika stor energi). Här spelas kemisk hybridisering in. Hur är hybridorbitaler? Det beror på de atomiska orbitalerna som genererar dem. De uppvisar också en blandning av sina elektroniska egenskaper.
Sp-hybridisering
För fallet med CH 4 , är hybridiseringen av C sp 3 . Från detta tillvägagångssätt förklaras den molekylära geometri med fyra sp 3 orbitaler separerade vid 109,5 ° och pekande mot vertikorns toppar.
I den övre bilden kan man se hur de sp 3 orbitaler (gröna) upprätta en tetraedrisk elektronisk miljö runt atomen (A, vilket är C för CH 4 ).
Varför 109,5º och inte andra vinklar för att "rita" en annan geometri? Anledningen är att denna vinkel minimerar de elektroniska avvisningarna från de fyra atomerna som binder till A.
Sålunda, CH 4 -molekylen kan representeras som en tetraeder (tetraedrisk molekylgeometri).
Om C, i stället för H, bildade bindningar med andra grupper av atomer, vad skulle då vara deras hybridisering? Så länge kolet bildar fyra bindningar (C - A) kommer deras hybridisering att vara sp 3 .
Det kan följaktligen antas att i andra organiska föreningar såsom CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (cyklohexan), etc, har den kolatom sp 3 hybridisering .
Detta är viktigt för att skissa organiska strukturer, där enkelbundna kolatomer representerar divergenspunkter; det vill säga strukturen förblir inte i ett enda plan.
tolkning
Vad är den enklaste tolkningen för dessa hybridbana utan att ta itu med de matematiska aspekterna (vågfunktionerna)? Sp 3- orbitalerna innebär att de har sitt ursprung av fyra orbitaler: en s och tre p.
Eftersom kombinationen av dessa atombanor antas vara idealisk är de resulterande fyra sp 3- orbitalerna identiska och upptar olika orienteringar i rymden (såsom i p x , p och p z orbitaler ).
Ovanstående är tillämpligt för resten av möjliga hybridiseringar: antalet hybridbana som bildas är detsamma som för de atomiska orbitalerna som kombineras. Till exempel, sp 3 d 2 hybridorbitals bildas från sex atomorbitaler: en s, tre p och två d.
Bondvinkelavvikelser
Enligt Valencia Shell Electronic Pair The Repulsion Theory of Repulsion (RPECV) upptar ett par fria elektroner mer volym än en bunden atom. Detta gör att länkarna rör sig isär, minskar den elektroniska spänningen och avviker vinklarna från 109,5º:
I vattenmolekylen är till exempel H-atomerna bundna till sp 3- orbitalerna (i grönt), och även de odelade paren av elektroner ":" upptar dessa orbitaler.
Avvisningarna från dessa elektronpar är vanligtvis representerade som ”två jordklot med ögon”, som på grund av deras volym avvisar de två σ O - H-bindningarna.
I vatten är således bindningsvinklarna faktiskt 105º, istället för de 109,5º som förväntas för tetraedrisk geometri.
Vad geometri då inte H 2 O har? Den har en vinkelgeometri. Varför? Eftersom även om den elektroniska geometri är tetraedrisk, distribuerar två par icke-delade elektroner den till en vinkelmolekylär geometri.
Sp-hybridisering
När en atom kombinerar två p och en s orbitaler genererar den tre sp 2 hybrid orbitaler ; en p-bana förblir emellertid oförändrad (eftersom det finns tre av dem), som representeras som en orange stapel i den övre bilden.
Här är alla tre sp 2- orbitalerna färgade gröna för att belysa deras skillnad från den orange fältet: den "rena" p-banan.
En atom med sp 2- hybridisering kan visualiseras som ett plant trigonalt golv (triangeln ritad med sp 2- orbitalerna färgad grön), med dess hörn separerade med 120 ° vinklar och vinkelräta mot en bar.
Och vilken roll spelar den rena p-banan? Det att bilda en dubbelbindning (=). Sp 2- orbitalerna tillåter bildning av tre σ-bindningar, medan den rena p-bana en π-bindning (en dubbel- eller trippelbindning involverar en eller två π-bindningar).
Till exempel, för att dra karbonylgruppen och strukturen av formaldehydmolekyl (H 2 C = O), så här:
Sp 2 orbitalerna i både C och O bildar en bindning, medan deras rena orbitaler bildar en bindning (den orange rektangeln).
Det kan ses hur resten av de elektroniska grupperna (H-atomer och de elektroner som inte delas) är belägna i de andra sp 2- orbitalerna , åtskilda med 120º.
Sp-hybridisering
I den övre bilden illustreras en A-atom med sp-hybridisering. Här kombineras en s orbital och en p orbital för att bilda två degenererade sp orbitaler. Men två rena p-orbitaler förblir emellertid oförändrade, vilket gör att A kan bilda två dubbelbindningar eller en trippelbindning (≡).
Med andra ord: om i en struktur överensstämmer med ovanstående (= C = eller C≡C), är dess hybridisering sp. För andra mindre illustrativa atomer - såsom övergångsmetaller - är beskrivningen av elektroniska och molekylära geometrier komplicerad eftersom d och genom f orbitaler också beaktas.
Hybridbana är separerade i en vinkel på 180º. Av denna anledning är de bundna atomerna anordnade i en linjär molekylär geometri (BAB). Slutligen, på bilden nedan, kan strukturen hos cyanidanionen ses:
referenser
- Sven. (3 juni 2006). Sp-orbitaler. . Hämtad den 24 maj 2018, från: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Maj 2002). Bindning och hybridisering. Hämtad den 24 maj 2018, från: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). En hybridiseringsgenväg. Hämtad den 24 maj 2018, från: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Institutionen för kemi, University of Calgary. sp3-hybridisering. Hämtad den 24 maj 2018, från: chem.ucalgary.ca
- Chemical Bonding II: Molecular Geometry and Hybridization of Atomic Orbitals Chapter 10. Hämtad den 24 maj 2018, från: wou.edu
- Quimitube. (2015). Kovalent bindning: Introduktion till atomisk orbital hybridisering. Hämtad den 24 maj 2018, från: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan, s. 51). Mc Graw Hill.