De chemische hybridisatie het is het "mengsel" van atomaire orbitalen, waarvan het concept in 1931 door chemicus Linus Pauling werd geïntroduceerd om de onvolkomenheden van de Valencia Bond Theory (TEV) te dekken. Welke onvolkomenheden? Dit zijn: moleculaire geometrieën en equivalente bindingslengtes in moleculen zoals methaan (CH4.
Volgens TEV vormen de C-atomaire orbitalen in methaan vier σ-bindingen met vier H-atomen. Hoek van 90 °.
Bovendien bindt de 2s (bolvormige) orbitaal van C aan de 1s-orbitaal van H onder een hoek van 135º ten opzichte van de andere drie H. Experimenteel is echter gevonden dat de hoeken in CH4 zijn 109,5º en dat bovendien de lengtes van de C-H-bindingen equivalent zijn.
Om dit uit te leggen, moet een combinatie van de oorspronkelijke atomaire orbitalen worden beschouwd als vier gedegenereerde hybride orbitalen (van gelijke energie). Hier komt chemische hybridisatie om de hoek kijken. Hoe zijn hybride orbitalen? Het hangt af van de atomaire orbitalen die ze genereren. Ze vertonen ook een combinatie van de elektronische kenmerken hiervan.
Artikel index
In het geval van CH4, hybridisatie van C is sp3. Vanuit deze benadering wordt moleculaire geometrie verklaard met vier sp-orbitalen3 109,5º uit elkaar en wijzend naar de hoekpunten van een tetraëder.
In de bovenste afbeelding kun je zien hoe de sp orbitalen3 (groen gekleurd) vestigen een tetraëdrische elektronische omgeving rond het atoom (A, wat C is voor CH4.
Waarom 109,5 ° en geen andere hoeken, om een andere geometrie te "tekenen"? De reden is dat deze hoek de elektronische afstoting van de vier atomen die aan A binden, minimaliseert.
Dus het CH-molecuul4 kan worden weergegeven als een tetraëder (tetraëdrische moleculaire geometrie).
Als C in plaats van H bindingen zou vormen met andere groepen atomen, wat zou dan hun hybridisatie zijn? Zolang de koolstof vier σ (C-A) bindingen vormt, zal hun hybridisatie sp3.
Aangenomen kan dus worden dat in andere organische verbindingen zoals CH3OH, CCl4, C (CH34, C6H.12 (cyclohexaan), enz., de koolstof heeft sp-hybridisatie3.
Dit is essentieel voor het schetsen van organische structuren, waarbij enkelvoudig gebonden koolstofatomen divergentiepunten vertegenwoordigen; dat wil zeggen, de structuur blijft niet in een enkel vlak.
Wat is de eenvoudigste interpretatie voor deze hybride orbitalen zonder de wiskundige aspecten (de golffuncties) aan te pakken? De sp-orbitalen3 impliceren dat ze zijn ontstaan door vier orbitalen: een s en drie p.
Omdat wordt aangenomen dat de combinatie van deze atomaire orbitalen ideaal is, de vier sp-orbitalen3 resulterende zijn identiek en bezetten verschillende oriëntaties in de ruimte (zoals in de p orbitalenX, pY En Pz.
Het bovenstaande is van toepassing op de rest van de mogelijke hybridisaties: het aantal hybride orbitalen dat wordt gevormd is hetzelfde als dat van de atomaire orbitalen die worden gecombineerd. Bijvoorbeeld sp hybride orbitalen3dtwee worden gevormd uit zes atomaire orbitalen: één s, drie p en twee d.
Volgens de Valencia Shell Electronic Pair Repulsion Theory (RPECV) neemt een paar vrije elektronen meer volume in dan een gebonden atoom. Hierdoor bewegen de schakels uit elkaar, waardoor de elektronische spanning afneemt en de hoeken afwijken van 109,5º:
In het watermolecuul zijn de H-atomen bijvoorbeeld gebonden aan de sp-orbitalen3 (in groen), en evenzo bezetten de ongedeelde elektronenparen ":" deze orbitalen.
De afstotingen van deze elektronenparen worden meestal weergegeven als "twee bollen met ogen", die vanwege hun volume de twee σ O-H-bindingen afstoten.
In water zijn de bindingshoeken dus eigenlijk 105º, in plaats van de 109,5º die verwacht wordt voor tetraëdrische geometrie..
Welke geometrie doet de HtweeOF? Het heeft een hoekige geometrie. Waarom? Omdat hoewel de elektronische geometrie tetraëdrisch is, twee paar niet-gedeelde elektronen deze vervormen tot een hoekige moleculaire geometrie.
Wanneer een atoom twee p- en één s-orbitalen combineert, genereert het drie hybride sp-orbitalentweeéén p-orbitaal blijft echter ongewijzigd (omdat er drie zijn), die wordt weergegeven als een oranje balk in de bovenste afbeelding.
Hier, de drie sp-orbitalentwee ze zijn groen gekleurd om hun verschil met de oranje balk te benadrukken: de "pure" orbitaal.
Een atoom met sp-hybridisatietwee kan worden gevisualiseerd als een vlakke trigonale vloer (de driehoek getekend met de sp-orbitalentwee groen), met zijn hoekpunten gescheiden door hoeken van 120º en loodrecht op een balk.
En welke rol speelt de zuivere orbitaal? Dat van het vormen van een dubbele binding (=). De sp-orbitalentwee maken de vorming van drie σ-bindingen mogelijk, terwijl de zuivere p-orbitale één π-binding (een dubbele of drievoudige binding impliceert een of twee π-bindingen).
Om bijvoorbeeld de carbonylgroep en de structuur van het formaldehydemolecuul (H.tweeC = O), gaat het als volgt verder:
De sp-orbitalentwee zowel C als O vormen een σ-binding, terwijl hun zuivere orbitalen een π-binding vormen (de oranje rechthoek).
Het is te zien hoe de rest van de elektronische groepen (H-atomen en de niet-gedeelde elektronenparen) zich in de andere sp-orbitalen bevinden.twee, gescheiden door 120º.
In de bovenste afbeelding wordt een A-atoom met sp-hybridisatie geïllustreerd. Hier combineren een s-orbitaal en een p-orbitaal om twee gedegenereerde sp-orbitalen te veroorzaken. Nu blijven twee zuivere p-orbitalen echter ongewijzigd, waardoor A twee dubbele bindingen of één drievoudige binding kan vormen (≡).
Met andere woorden: als een C voldoet aan het bovenstaande in een structuur (= C = of C≡C), dan is de hybridisatie sp. Voor andere, minder illustratieve atomen, zoals overgangsmetalen, is de beschrijving van elektronische en moleculaire geometrieën gecompliceerd omdat ook de d orbitalen en zelfs de f orbitalen in aanmerking worden genomen..
De hybride orbitalen staan 180 ° uit elkaar. Om deze reden zijn de gebonden atomen gerangschikt in een lineaire moleculaire geometrie (B-A-B). Ten slotte toont de onderste afbeelding de structuur van het cyanide-anion:
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.