Kjemisk hybridisering sp, sp2, sp3

den kjemisk hybridisering Det er "blanding" av de atomorbitalene, hvis begrepet ble introdusert av kjemiker Linus Pauling i 1931 for å dekke ujevnheter valensbinding det teoretiske (TEV). Hvilke ufullkommenheter? Disse er: molekylære geometrier og ekvivalente lenke lengder i molekyler som metan (CH₄).

Ifølge TEV i metan atomorbitalene av C danner fire bindinger cr fire atomer H. 2p orbitaler, med former ∞ (bunnen) av C står vinkelrett på hverandre, slik at H bør være adskilt fra hverandre av andre i en 90º vinkel.

I tillegg er det 2s orbital (sfærisk) binder til C 1s orbital H i ​​en vinkel på 135 ° i forhold til de andre tre H. imidlertid eksperimentelt funnet at vinkler i CH₄ er 109,5º og at lengden av C-H bindingene i tillegg er ekvivalente.

For å forklare dette, må en kombinasjon av de originale atomorbitaler anses å danne fire degenererte hybridorbitaler (med lik energi). Her kommer kjemisk kjemi. Hva er hybrid orbitaler som? Det avhenger av atomorbitaler som genererer dem. De viser også en blanding av de elektroniske egenskapene til disse.

index

• 1 sp3 hybridisering
  • 1.1 Fortolkning
  • 1.2 Avvik av vinkler av koblinger
• 2 Hybridisering sp2
• 3 Hybridisering sp
• 4 referanser

Hybridisering sp³

I tilfelle av CH₄, Hybridisering av C er sp³. Fra denne tilnærmingen er molekylær geometri forklart med fire sp orbitaler³ adskilt ved 109.5º og peker mot en tetraederens tverrsnitt.

På bildet over kan du se hvordan sp orbitals³ (grønn) etablere et tetraederalt elektronisk miljø rundt atomen (A, som er C for CH₄).

Hvorfor 109.5º og ikke andre vinkler, for å "tegne" en annen geometri? Årsaken er at denne vinkelen minimerer de elektroniske repulsjonene av de fire atomer som er knyttet til A.

På denne måten, CH-molekylet₄ kan representeres som en tetraeder (tetrahedral molekylær geometri).

Hvis i stedet for H, C dannet koblinger med andre atomergrupper, hva ville da være hybridiseringen av den? Så lenge karbonet danner fire σ bindinger (C-A), vil hybridiseringen være³.

Det kan antas at i andre organiske forbindelser som CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cykloheksan) osv., karbonet har en sp hybridisering³.

Dette er grunnleggende for å skisse organiske strukturer, hvor karboner med enkle bindinger representerer punkter av divergens; det vil si at strukturen ikke forblir i et enkelt plan.

tolkning

Hva er den enkleste tolkningen for disse hybridbitbitene uten å adressere de matematiske aspektene (bølgefunksjonene)? Sp orbitals³ antyder at de stammer fra fire orbitaler: en s og tre s.

Fordi kombinasjonen av disse atomorbitalene skal være ideell, de fire sp orbitalene³ resulterende er identiske og opptar forskjellige retninger i rommet (som i orbitaler s_x, p_og og s_z).

Ovennevnte gjelder for resten av mulige hybridiseringer: Antall hybridorbitaler som dannes er det samme som for de kombinerte atomorbitaler. For eksempel, sp hybrid orbitals³d² de er dannet fra seks atomorbitaler: en s, tre p og to d.

Avvik av vinkler av koblinger

I henhold til teorien om elektronpar frastøting Layer Valencia (VSEPR), et par frie elektroner opptar mer volum enn et atom bundet. Dette får koblingene til å bevege seg fra hverandre, redusere den elektroniske spenningen og avlede 109.5º-vinklene:

For eksempel, i vannmolekylet er H-atomer bundet til sp orbitalene³ (i grønt), og også parene av elektroner som ikke deles ":" okkuper disse orbitaler.

Repulsjonene av disse parene av elektroner er vanligvis representert som "to glober med øyne", som, på grunn av deres volum, avviser de to bindingene σ O-H.

Dermed er i vannet koblingsvinklene virkelig 105º, i stedet for de 109,5º som forventes for tetrahedral geometri.

Hvilken geometri har H da?₂O? Den har en vinkel geometri. Hvorfor? Fordi selv om den elektroniske geometrien er tetraedral, forringer to par ikke-delte elektroner den til en vinklet molekylær geometri.

Hybridisering sp²

Når et atom kombinerer to p og en s orbitaler, genererer det tre sp hybrid orbitaler²; Imidlertid forblir en orbital p uendret (fordi de er tre), som er representert som en oransje bar i bildet ovenfor.

Her, de tre sp orbitalene² De er grønne for å markere forskjellen deres fra oransje baren: den "rene" p-orbitalen.

Et atom med sp hybridisering² kan visualiseres som en flat trigonal gulv (trekanten trekkes med sp orbitals² av grønn farge), med sine hjørner adskilt med 120º vinkler og vinkelrett på en stolpe.

Og hvilken rolle spiller den rene p-orbitalen? Det å danne et dobbeltbinding (=). Sp orbitals² tillate dannelsen av tre σ-bindinger, mens den rene p-orbitale a π-bindingen (en dobbelt- eller trippelbinding innebærer en eller to π-bindinger).

For eksempel å tegne karbonylgruppen og strukturen av formaldehydmolekylet (H₂C = O), fortsetter som følger:

Sp orbitals² både C og O danner et bånd σ, mens deres rene orbitaler danner et bind π (det oransje rektangelet).

Det kan ses hvordan resten av de elektroniske gruppene (H-atomer og ikke-delte elektronpar) befinner seg i de andre sp orbitaler.², adskilt av 120º.

Hybridisering sp

Det øvre bildet viser et atom A med sp hybridisering. Her kombineres en orbital s og en p orbital for å oppstå to degenererte sp orbitaler. Imidlertid forblir to rene P-orbitaler uendret, noe som tillater A å danne to dobbeltbindinger eller en trippelbinding (≡).

Med andre ord: hvis i en struktur en C overholder ovennevnte (= C = eller C≡C), er hybridiseringen sp. For andre mindre illustrative som transition- metaller atomer beskrivelse av elektroniske og molekylære geometri er også ansett komplisert fordi d orbitaler og til f.

Hybride orbitaler er separert med en vinkel på 180º. Av denne grunn er de koblede atomer anordnet i en lineær molekylær geometri (B-A-B). Til slutt, i bildet nedenfor kan du se strukturen av cyanidanionen:

referanser

1. Sven. (3. juni 2006). S-p-orbitaler. [Figur]. Hentet 24. mai 2018, fra: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Mai 2002). Bonding og hybridisering. Hentet 24. mai 2018, fra: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). En hybridiserings snarvei. Hentet 24. mai 2018, fra: masterorganicchemistry.com
4. Dr. Ian Hunt. Avdeling for kjemi, University of Calgary. sp3 hybridisering. Hentet 24. mai 2018, fra: chem.ucalgary.ca
5. Kjemisk binding II: Molekylær geometri og hybridisering av atomomriddinger Kapittel 10. [PDF]. Hentet 24. mai 2018, fra: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Kovalent binding: Introduksjon til hybridisering av atomorbitaler. Hentet 24. mai 2018, fra: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi (Fjerde utgave, side 51). Mc Graw Hill.