Chemická hybridizace sp, sp2, sp3

chemická hybridizace je "směs" atomových orbitálů, jejichž koncept byl zaveden chemikem Linusem Paulingem v roce 1931, aby pokryl nedokonalosti teorie teorie Valencie (TEV). Jaké nedokonalosti? Jedná se o: molekulární geometrie a ekvivalentní délky vazeb v molekulách, jako je methan (CH₄).

Podle TEV, v metanu atomové orbity C tvoří čtyři σ vazby se čtyřmi atomy H. 2p orbitály s formas formami (dolní obraz) C být kolmý k sobě, tak Hs by měl být nastaven odděleně ostatních v úhlu 90 °.

Navíc, 2s (sférický) orbitál C je spojený s orbitálem 1s H pod úhlem 135º s ohledem na jiné tři Hs. Nicméně, to bylo experimentálně zjištěno, že úhly v CH₄ jsou 109,5 ° a že délky C-H vazeb jsou navíc ekvivalentní.

Abychom to vysvětlili, kombinace původních atomových orbitálů musí být považována za kombinaci čtyř degenerovaných hybridních orbitálů (stejné energie). Zde přichází chemická chemie. Jaké jsou hybridní orbitály? Záleží na atomových orbitálech, které je vytvářejí. Vykazují také směs elektronických charakteristik těchto vlastností.

Index

• 1 sp3 Hybridizace
  • 1.1 Tlumočení
  • 1.2 Odchylky úhlů spojů
• 2 Hybridizační sp2
• 3 Hybridizace sp
• 4 Odkazy

Hybridizace sp³

V případě CH₄, Hybridizace C je sp³. Z tohoto přístupu je molekulární geometrie vysvětlena čtyřmi sp orbitály³ oddělené na 109,5 ° a směřující k vrcholům čtyřstěnu.

Na obrázku nahoře můžete vidět, jak sp orbitals³ (zelená) vytvořit tetrahedrální elektronické prostředí kolem atomu (A, který je C pro CH₄).

Proč 109.5 ° a ne jiné úhly, aby "nakreslil" jinou geometrii? Důvodem je to, že tento úhel minimalizuje elektronické odpuzování čtyř atomů, které jsou spojeny s A.

Tímto způsobem se molekula CH₄ může být reprezentován jako tetraedron (tetrahedrální molekulární geometrie).

Pokud namísto H, C vytvořil vazby s jinými skupinami atomů, jaká by byla jeho hybridizace? Pokud uhlík tvoří čtyři vazby σ (C-A), jeho hybridizace bude³.

Lze předpokládat, že v jiných organických sloučeninách, jako je CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cyklohexan) atd., uhlík má sp hybridizaci³.

To je zásadní pro náčrt organických struktur, kde uhlíky s jednoduchými vazbami představují body divergence; to znamená, že struktura nezůstává v jedné rovině.

Tlumočení

Jaká je nejjednodušší interpretace těchto hybridních orbitálů bez řešení matematických aspektů (vlnové funkce)? Sp orbitály³ znamenají, že byly vytvořeny čtyřmi orbitály: jedna a tři p.

Protože kombinace těchto atomových orbitálů má být ideální, čtyři sp orbitály³ výsledkem jsou identické a zabírají různé orientace v prostoru (např. v orbitálech p_x, str_a a str_z).

Výše uvedené je použitelné pro zbytek možných hybridizací: počet vytvořených hybridních orbitálů je stejný jako počet kombinovaných atomových orbitálů. Například sp hybrid orbitals³d² oni jsou tvořeni od šesti atomových orbitals: jeden s, tři p a dva d.

Odchylky úhlů spojů

Podle teorie odpudivosti elektronických párů vrstvy Valencia (VSEPR) zaujímá dvojice volných elektronů větší objem než vázaný atom. To způsobuje, že se spoje pohybují od sebe, snižují elektronické napětí a odklánějí úhly 109,5 °:

Například v molekule vody jsou atomy H vázány na sp orbitály³ (v zeleném), a také páry elektronů, které nejsou sdíleny ":" zabírají tyto orbity.

Odpory těchto párů elektronů jsou obvykle reprezentovány jako "dvě koule s očima", které díky svému objemu odpuzují dvě vazby σ O-H.

Tak, ve vodě úhly spojení jsou opravdu 105º, místo 109.5º očekávaný pro tetrahedral geometrii.

Jakou geometrii má H?₂O? Má úhlovou geometrii. Proč? Protože ačkoli elektronická geometrie je tetrahedral, dva páry non-sdílené elektrony zlehčují to od toho k úhlové molekulární geometrii..

Hybridizace sp²

Když atom kombinuje dva p a jeden s orbitals, to generuje tři sp hybrid orbitals²; nicméně, orbitál p zůstane nezměněn (protože oni jsou tři), který je reprezentován jako oranžový pruh na obrázku nahoře.

Tady, tři sp orbitals² oni jsou zelení upozornit na jejich rozdíl od oranžového baru: “čistý” p orbital.

Atom s sp hybridizací² může být zobrazen jako plochá trigonální podlaha (trojúhelník nakreslený sp orbitals² zelené barvy), s jejími vrcholy oddělenými úhly 120 ° a kolmo k liště.

A jakou roli hraje čistá orbitální hra? Vytvoření dvojné vazby (=). Sp orbitály² dovolit vytvoření tří σ vazeb, zatímco čistá p orbital a π vazba (dvojitá nebo trojitá vazba znamenají jednu nebo dvě π vazby) \ t.

Například pro kreslení karbonylové skupiny a struktury molekuly formaldehydu (H₂C = O), postupuje následovně:

Sp orbitály² oba C a O tvoří vazbu σ, zatímco jejich čisté orbitály tvoří vazbu π (oranžový obdélník).

Je vidět, jak jsou ostatní elektronické skupiny (atomy H a nesdílené páry elektronů) umístěny v ostatních sp orbitálech.², oddělené o 120 °.

Hybridizace sp

Horní obrázek ukazuje atom A se sp hybridizací. Zde se orbital s a orbitál spojují, aby vznikly dvě degenerované sp orbitály. Nicméně, nyní dva čisté p orbitals zůstanou nezměněné, který dovolit A tvořit dvě dvojné vazby nebo trojitou vazbu (?) \ T.

Jinými slovy: jestliže ve struktuře a C odpovídá výše uvedenému (= C = nebo C = C), pak je její hybridizace sp. Pro jiné méně ilustrativní atomy - jako jsou přechodné kovy - je popis elektronických a molekulárních geometrií komplikovaný, protože jsou uvažovány i orbitály d a dokonce i orbitály..

Hybridní orbitály jsou odděleny úhlem 180 °. Z tohoto důvodu jsou spojené atomy uspořádány v lineární molekulární geometrii (B-A-B). Na obrázku níže vidíte strukturu aniontu kyanidu:

Odkazy

1. Sven. (3. června 2006). S-p-orbitály. [Obrázek] Získáno 24. května 2018, z: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Květen 2002). Lepení a hybridizace. Získáno 24. května 2018, od: chemistry.boisestate.edu
3. Jamesi. (2018). Zkratka hybridizace. Získáno 24. května 2018, z: masterorganicchemistry.com
4. Dr. Ian Hunt. Katedra chemie, University of Calgary. sp3 hybridizace. Získáno 24. května 2018, z: chem.ucalgary.ca
5. Chemické vazby II: Molekulární geometrie a hybridizace atomových orbitálů Kapitola 10. [PDF]. Získáno 24. května 2018, od: wou.edu
6. Quimitube (2015). Kovalentní vazba: Úvod do hybridizace atomových orbitálů. Získáno 24. května 2018, z: quimitube.com
7. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chemie (Čtvrté vydání, strana 51). Mc Graw Hill.