Химична хибридизация sp, sp2, sp3



на химична хибридизация е "сместа" на атомните орбитали, чиято концепция е въведена от химика Линус Паулинг през 1931 г., за да покрие несъвършенствата на Теорията за връзката на Валенсия (TEV). Какви несъвършенства? Това са: молекулярните геометрии и еквивалентните дължини на връзката в молекули като метан (СН4).

Съгласно TEV, в метана атомните орбитали на С образуват четири σ връзки с четири атома Н. 2р орбиталите с форми форми (дъното на изображението) на С са перпендикулярни един на друг, така че Hs трябва да бъдат отделени. на други под ъгъл от 90 °.

Освен това, 2s (сферичната) орбитала на C е свързана с орбитата 1s на H под ъгъл от 135º по отношение на другите три Hs, но експериментално е установено, че ъглите в CH4 са 109.5 ° и освен това дължините на С-Н връзките са еквивалентни.

За да се обясни това, трябва да се разглежда комбинация от оригиналните атомни орбитали, за да се образуват четири дегенериращи хибридни орбитали (с еднаква енергия). Тук идва химическата химия. Какви са хибридните орбитали? Това зависи от атомните орбитали, които ги генерират. Те също така показват комбинация от електронни характеристики на тях.

индекс

  • 1 sp3 Хибридизация
    • 1.1 Тълкуване
    • 1.2 Отклонения на ъглите на връзките
  • 2 Хибридизация sp2
  • 3 Hybridization sp
  • 4 Препратки

Hybridization sp3

В случай на СН4, Хибридизацията на С е sp3. От този подход молекулярната геометрия се обяснява с четири SP орбитали3 разделени при 109.5º и сочещи към върховете на тетраедър.

В изображението по-горе можете да видите как са разположени sp орбиталите3 (зелено) създават тетраедрична електронна среда около атома (А, която е С за СН4).

Защо 109.5º, а не други ъгли, за да "нарисуваме" различна геометрия? Причината е, че този ъгъл минимизира електронните отблъсквания на четирите атома, които са свързани с А.

По този начин, молекулата на СН4 може да бъде представен като тетраедър (тетраедрична молекулна геометрия).

Ако вместо Н, С се образуват връзки с други групи атоми, каква би била хибридизацията му? Докато въглеродът образува четири σ връзки (C-A), неговата хибридизация ще бъде3.

Може да се приеме, че в други органични съединения като СН3OH, CCl4, С (СН3)4, C6Н12 (циклохексан) и т.н., въглеродът има sp хибридизация3.

Това е от основно значение за скициране на органични структури, където въглеродите с прости връзки представляват точки на дивергенция; структурата не остава в една равнина.

интерпретация

Каква е най-простата интерпретация за тези хибридни орбитали, без да се разглеждат математическите аспекти (вълновите функции)? СП орбиталите3 подсказват, че са произлезли от четири орбитали: един s и три p.

Тъй като се предполага, че комбинацията от тези атомни орбитали е идеална, четирите SP орбитали3 получените са идентични и заемат различни ориентации в пространството (като в орбиталите pх, ри и pZ).

Горното е приложимо за останалите възможни хибридизации: броят на образуваните хибридни орбитали е същият като този на комбинираните атомни орбитали. Например, sp хибридни орбитали3г2 те са формирани от шест атомни орбитали: един s, три p и два d.

Отклонения на ъглите на връзките

Според теорията за отблъскване на електронните двойки на слоя на Валенсия (VSEPR), чифт свободни електрони заема по-голям обем от свързан атом. Това води до разместване на връзките, намаляване на електронното напрежение и отклоняване на ъглите от 109,5 °:

Например, във водната молекула атомите Н са свързани с sp орбиталите3 (в зелено), а също и двойките електрони, които не са споделени ":" заемат тези орбитали.

Отблъскванията на тези двойки електрони обикновено са представени като "две глобуси с очи", които поради обема си отблъскват двете връзки σ O-H.

По този начин във водата ъглите на връзките са действително 105º, вместо 109.5º, очаквани за тетраедричната геометрия.

Каква геометрия има тогава H?2О? Тя има ъглова геометрия. Защо? Защото въпреки че електронната геометрия е тетраедрична, две двойки от не-споделени електрони отклоняват от нея до ъгловата геометрия на молекулата..

Hybridization sp2

Когато един атом комбинира две р и една орбитали, той генерира три sp хибридни орбитали2; но орбиталната р остава непроменена (тъй като те са три), която е представена като оранжева лента на изображението по-горе.

Ето, трите SP орбитали2 те са зелени, за да подчертаят разликата си от оранжевата лента: "чистата" орбитала.

Атом със sp хибридизация2 може да бъде визуализиран като плосък тригонален под (триъгълникът, съставен от sp орбиталите2 със зелен цвят), с върхове разделени с ъгъл от 120º и перпендикулярни на лентата.

И каква роля играе чистата орбитална игра? Това на образуване на двойна връзка (=). СП орбиталите2 позволяват образуването на три σ-връзки, докато чистата p-орбитална π-връзка (двойна или тройна връзка предполага една или две π-връзки).

Например, за да се извлече карбонилната група и структурата на формалдехидната молекула (Н2C = O), продължава по следния начин:

СП орбиталите2 и двете C и O образуват връзка σ, докато чистите им орбитали образуват връзка π (оранжевия правоъгълник).

Може да се види как останалите електронни групи (атоми Н и не споделяни електронни двойки) са разположени в другите sp орбитали.2, разделени с 120º.

Hybridization sp

Горното изображение показва атом А с sp хибридизация. Тук един орбитал s и р орбитала се комбинират, за да създадат две дегенеративни sp орбитали. Сега обаче две чисти р-орбитали остават непроменени, което позволява на А да образува две двойни връзки или тройна връзка ().

С други думи: ако в структура a C съответства на горното (= C = или C )C), тогава неговата хибридизация е sp. За други по-малко илюстративни атоми - като преходните метали - описанието на електронната и молекулярната геометрия е сложно, тъй като орбиталите d и дори f-орбиталите също се разглеждат..

Хибридните орбитали са разделени с ъгъл от 180º. Поради тази причина свързаните атоми са подредени в линейна молекулярна геометрия (B-A-B). Накрая, на изображението по-долу можете да видите структурата на цианидния анион:

препратки

  1. Свен. (3 юни 2006 г.). S-р-орбитали. [Фигура]. Възстановен на 24 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
  2. Ричард С. Банки. (Май 2002 г.). Свързване и хибридизация. Възстановен на 24 май 2018 г. от: chemistry.boisestate.edu
  3. Джеймс. (2018). Хибридизационен пряк път. Възстановен на 24 май 2018 г. от: masterorganicchemistry.com
  4. Д-р Иън Хънт. Химически факултет на Университета в Калгари. sp3 хибридизация. Възстановен на 24 май 2018 г. от: chem.ucalgary.ca
  5. Химично свързване II: Молекулярна геометрия и хибридизация на атомни орбитали Глава 10. [PDF]. Възстановен на 24 май 2018 г. от: wou.edu
  6. Quimitube. (2015). Ковалентна връзка: Въведение в хибридизацията на атомни орбитали. Възстановен на 24 май 2018 г. от: quimitube.com
  7. Shiver & Atkins. (2008 г.). Неорганична химия (Четвърто издание, стр. 51). Mc Graw Hill.