Keemiline hübridisatsioon sp, sp2, sp3

The keemiline hübridisatsioon on aatomi orbitaalide "segu", mille kontseptsiooni tutvustas keemik Linus Pauling 1931. aastal Valencia seose teooria (TEV) puuduste katmiseks. Millised puudused? Need on: molekulaarsed geomeetriad ja samaväärsed lingi pikkused molekulides nagu metaan (CH₄).

TEV järgi on metaanis C-aatomite orbitaalid neli H-aatomiga sidet nelja H-aatomiga. teistest 90º nurga all.

Lisaks seostatakse C 2s (sfääriline) orbitaal H-i 1s orbitaaliga 135 ° nurga all teiste kolme H-ga võrreldes, kuid on eksperimentaalselt leitud, et nurk CH-s₄ on C-H sidemete pikkused samaväärsed.

Selle selgitamiseks tuleb lugeda algsete aatomite orbitaalide kombinatsiooni, mis moodustavad neli degenereeritud hübriidorbiiti (võrdse energiaga). Siin on keemiline keemia. Mis on hübriidsed orbitaalid? See sõltub aatomite orbitaalidest, mis neid tekitavad. Neil on ka nende elektrooniliste omaduste segu.

Indeks

• 1 sp3 hübridisatsioon
  • 1.1 Suuline tõlge
  • 1.2 Linkide nurkade kõrvalekalded
• 2 Hübridisatsioon sp2
• 3 Hübridisatsioon sp
• 4 Viited

Hübridisatsioon sp³

CH puhul₄, C hübridisatsioon on sp³. Sellest lähenemisviisist selgub molekulaarne geomeetria nelja sp orbitaaliga³ eraldatud 109,5º nurga all ja suunatud tetraeedri tippude poole.

Ülaltoodud pildil näete, kuidas sp orbitaalid³ (roheline) loob aatomi ümber tetraedrilise elektroonilise keskkonna (A, mis on CH jaoks CH₄).

Miks 109,5º ja mitte muud nurgad, et "joonistada" teistsugune geomeetria? Põhjuseks on see, et see nurk minimeerib A-ga seotud nelja aatomi elektroonilist tõrjutust.

Sel moel CH-molekul₄ saab esitada tetraeedrina (tetraedriline molekulaarne geomeetria).

Kui H asemel C moodustaks sidemeid teiste aatomite rühmadega, siis milline siis oleks selle hübridiseerumine? Niikaua kui süsinik moodustab neli σ sidet (C-A), on selle hübridisatsioon³.

Võib eeldada, et teistes orgaanilistes ühendites nagu CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (tsükloheksaan) jne, süsinikul on sp-hübridisatsioon³.

See on oluline orgaaniliste struktuuride visandamiseks, kus lihtsate sidemetega süsivesinikud esindavad lahknevusi; see tähendab, et struktuur ei jää ühele tasandile.

Tõlgendamine

Mis on nende hübriidsete orbitaalide jaoks kõige lihtsam tõlgendus ilma matemaatiliste aspektide käsitlemata (lainefunktsioonid)? Sp orbitaalid³ tähendavad, et need on pärit neljast orbitaalist: üks s ja kolm lk.

Kuna nende aatomite orbitaalide kombinatsioon peaks olema ideaalne, siis neli sp orbitaali³ tulemuseks olevad on identsed ja hõivavad ruumis erinevaid suundi (näiteks orbitaalides_x, lk_ja ja lk_z).

Ülaltoodud on kohaldatav ülejäänud võimalike hübridisatsioonide puhul: moodustunud hübriidsete orbitaalide arv on sama kui kombineeritud aatomite orbitaalide arv. Näiteks sp hübriidsed orbitaalid³d² need on moodustatud kuuest aatomkiirikust: üks s, kolm p ja kaks d.

Linkide nurkade kõrvalekalded

Valencia kihi elektrooniliste paaride tõukejõu teooria (VSEPR) kohaselt on vabade elektronide paar rohkem sidet kui seotud aatom. See põhjustab linkide liikumist, vähendades elektroonilist pinget ja suunates 109,5º nurga:

Näiteks veemolekulis on H-aatomid seotud sp orbitaalidega³ (roheliselt) ja ka elektronide paarid, mis ei ole jagatud ":" need orbitaalid.

Nende elektronide paaride tagasilöögid on tavaliselt esindatud kui "kaks silma silma", mis oma mahu tõttu tõrjuvad kaks sidet σ O-H.

Seega, vees on lingide nurgad tegelikult 105º, mitte tetraedrilise geomeetriaga oodatava 109,5º asemel.

Milline geomeetria on siis H?₂O? Sellel on nurk-geomeetria. Miks? Sest kuigi elektrooniline geomeetria on tetraedriline, kahest paarist jagamata elektronist on see nurga molekulaarse geomeetriaga.

Hübridisatsioon sp²

Kui aatomi ühendab kaks p ja ühe orbitaali, tekitab see kolm spibrid orbitaali²; siiski jääb orbitaalne p muutumatuks (kuna need on kolm), mis on kujutatud oranži ribana ülaloleval pildil.

Siin on kolm sp orbitaali² need on rohelised, et rõhutada nende erinevust oranži ribast: "puhas" p orbitaal.

Aatom sp-hübridisatsiooniga² saab visualiseerida tasase trigonaalse põrandana (sp orbitaalidega joonistatud kolmnurk)² roheline), mille tipud on eraldatud 120 ° nurga all ja risti baari suhtes.

Ja millist rolli mängib puhas p orbitaal? See, mis moodustab kaksiksideme (=). Sp orbitaalid² võimaldada kolme σ võlakirja moodustamist, samal ajal kui puhas p orbitaal on π-side (topelt- või kolmiksideme puhul üks või kaks π-võlakirja).

Näiteks karbonüülrühma ja formaldehüüdi molekuli struktuuri (H₂C = O), toimub järgmiselt:

Sp orbitaalid² nii C kui O moodustavad sideme σ, samas kui nende puhtad orbitaadid moodustavad sideme π (oranž ristkülik).

On näha, kuidas ülejäänud elektroonilised rühmad (H-aatomid ja mittejagatud elektronpaarid) asuvad teistes sp orbitaalides.², eraldatud 120º.

Hübridisatsioon sp

Ülemine pilt näitab a-a a sp-hübridisatsiooniga. Siin on orbitaal-s ja p orbitaal, et saada kaks degenereeritud sp orbitaali. Siiski jäävad kaks puhtat p orbitaali samaks, mis võimaldavad A-l moodustada kaks kaksiksidet või kolmiksidet (≡).

Teisisõnu: kui struktuuris a C vastab ülaltoodule (= C = või C≡C), siis selle hübridisatsioon on sp. Muude vähem illustreerivate aatomite - näiteks üleminekumetallide - puhul on elektrooniliste ja molekulaarsete geomeetriate kirjeldus keeruline, sest arvestatakse ka orbitaalide d ja isegi f orbitaalidega..

Hübriidsed orbitaalid eraldatakse 180º nurga all. Sel põhjusel on ühendatud aatomid paigutatud lineaarse molekulaarse geomeetriaga (B-A-B). Lõpuks, alloleval pildil on näha tsüaniidi aniooni struktuur:

Viited

1. Sven. (3. juuni 2006). S-p-orbitaalid. [Joonis] Välja otsitud 24. mail 2018 alates: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Mai 2002). Sidumine ja hübridiseerimine. Välja otsitud 24. mail 2018 kellelt: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Hübridisatsiooni otsetee. Välja otsitud 24. mail 2018 alates: masterorganicchemistry.com
4. Dr Ian Hunt. Calgary Ülikooli keemiainstituut. sp3 hübridisatsioon. Välja otsitud 24. mail 2018 kellelt: chem.ucalgary.ca
5. Keemiline liimimine II: aatomkeraamiliste molekulide geomeetria ja hübridiseerimine Peatükk 10. [PDF]. Välja otsitud 24. mail 2018 kellelt: wou.edu
6. Quimitube (2015). Kovalentne side: aatomite orbitaalide hübridisatsiooni tutvustus. Välja otsitud 24. mail 2018 alates: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Anorgaaniline keemia (Neljas väljaanne, lk 51). Mc Grawi mägi.