Υβριδισμός του άνθρακα σε αυτό που αποτελείται, τα είδη και τα χαρακτηριστικά τους

Το άνθρακα περιλαμβάνει τον συνδυασμό δύο καθαρών ατομικών τροχιακών για να σχηματίσουν ένα νέο "υβριδικό" μοριακό τροχιακό με τα δικά του χαρακτηριστικά. Η έννοια του ατομικού τροχιακού δίνει μια καλύτερη εξήγηση από την προηγούμενη έννοια της τροχιάς, για να καθορίσει μια προσέγγιση για το πού υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα εύρεσης ενός ηλεκτρονίου μέσα σε ένα άτομο.

Με άλλα λόγια, μια ατομική τροχιακή είναι η αναπαράσταση της κβαντομηχανικής για να δώσει μια ιδέα της θέσης ενός ζεύγους ηλεκτρονίων ή ηλεκτρονίων σε μία δεδομένη περιοχή μέσα στο άτομο, όπου κάθε τροχιακό ορίζεται σύμφωνα με τις τιμές των αριθμών τους κβαντική.

Οι κβαντικές αριθμοί περιγράφουν την κατάσταση ενός συστήματος (όπως ηλεκτρονίων εντός το άτομο) σε μία δεδομένη στιγμή, από την ενέργεια που ανήκουν σε ηλεκτρονίων (n), η στροφορμή που περιγράφεται στην κίνησή του (L), της μαγνητικής ροπής σχετίζεται (m) και την περιστροφή του ηλεκτρονίου ενώ κινείται μέσα στο άτομο (α).

Αυτές οι παράμετροι είναι μοναδικές για κάθε ηλεκτρόνιο σε ένα τροχιακό, επομένως δύο ηλεκτρόνια δεν μπορούν να έχουν ακριβώς τις ίδιες τιμές των τεσσάρων κβαντικών αριθμών και κάθε τροχιά μπορεί να καταλαμβάνεται από δύο τουλάχιστον ηλεκτρόνια.

Ευρετήριο

• 1 Τι είναι η υβριδοποίηση του άνθρακα;?
• 2 Κύριοι τύποι
  • 2.1 Sp3 Υβριδοποίηση
  • 2.2 Υβριδισμός sp2
• 3 Αναφορές

Ποια είναι η υβριδοποίηση του άνθρακα?

Για να περιγράψουμε την υβριδοποίηση του άνθρακα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα χαρακτηριστικά κάθε τροχιάς (το σχήμα, η ενέργεια, το μέγεθος κ.λπ.) εξαρτώνται από την ηλεκτρονική διαμόρφωση κάθε ατόμου..

Δηλαδή, τα χαρακτηριστικά του κάθε τροχιακών εξαρτάται από τη διάταξη των ηλεκτρονίων σε κάθε «στρώμα» ή επίπεδο, από την πλησιέστερη προς το εξώτατο πυρήνα, επίσης γνωστό ως κέλυφος σθένους.

Τα ηλεκτρόνια του εξώτατου επιπέδου είναι τα μόνα διαθέσιμα για να σχηματίσουν έναν δεσμό. Ως εκ τούτου, όταν ένας χημικός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων σχηματίζεται η επικάλυψη ή υπέρθεση των δύο τροχιακών (ένα από κάθε άτομο) δημιουργείται και αυτό είναι στενά συνδεδεμένη με τη γεωμετρία των μορίων.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, κάθε τροχιακό μπορεί να πληρωθεί με ένα μέγιστο δύο ηλεκτρόνια, αλλά την αρχή Aufbau να ακολουθείται, όπου τα τροχιακά γεμίζουν ανάλογα με την ενεργειακή τους επίπεδο (από την χαμηλότερη στην υψηλότερη), όπως παρακάτω:

Με αυτόν τον τρόπο, το επίπεδο 1 συμπληρώνεται πρώταs, τότε οι 2s, ακολουθούμενη από 2σ και ούτω καθεξής, ανάλογα με το πόσα ηλεκτρόνια έχει το άτομο ή το ιόν.

Έτσι, ο υβριδισμός είναι ένα φαινόμενο που αντιστοιχεί σε μόρια, αφού κάθε άτομο μπορεί να παρέχει μόνο καθαρά ατομικά τροχιακά (s, σ, δ, στ) και, λόγω του συνδυασμού δύο ή περισσότερων ατομικών τροχιακών, ο ίδιος αριθμός υβριδικών τροχιακών που επιτρέπουν τη σύνδεση των στοιχείων μεταξύ των στοιχείων.

Κύριοι τύποι

Οι ατομικές τροχιές έχουν διαφορετικά σχήματα και χωρικούς προσανατολισμούς, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα, όπως φαίνεται παρακάτω:

Παρατηρείται ότι υπάρχει μόνο ένας τύπος τροχιάς s (σφαιρικό σχήμα), τρεις τύπους τροχιακών σ (σχήμα λοβού, όπου κάθε λοβός είναι προσανατολισμένος σε ένα χωρικό άξονα), πέντε τύπους τροχιακών δ και επτά τύπους τροχιακών στ, όπου κάθε τύπος τροχιάς έχει ακριβώς την ίδια ενέργεια με το είδος του.

Το άτομο άνθρακα στην αρχική του κατάσταση έχει έξι ηλεκτρόνια, των οποίων η διαμόρφωση είναι 1s²2s²2σ^2. Δηλαδή, πρέπει να καταλάβουν το επίπεδο 1s (δύο ηλεκτρόνια), τα 2s (δύο ηλεκτρόνια) και μερικώς 2p (τα υπόλοιπα δύο ηλεκτρόνια) σύμφωνα με την αρχή Aufbau.

Αυτό σημαίνει ότι το άτομο άνθρακα έχει μόνο δύο μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια στο τροχιακό 2σ, αλλά δεν είναι δυνατόν να εξηγηθεί ο σχηματισμός ή η γεωμετρία του μορίου του μεθανίου (CH₄) ή άλλο πιο περίπλοκο.

Για να διαμορφώσετε αυτούς τους δεσμούς, χρειάζεστε την υβριδοποίηση των τροχιακών s και σ (για την περίπτωση του άνθρακα), για τη δημιουργία νέων υβριδικών τροχιακών που εξηγούν ακόμη και διπλούς και τριπλούς δεσμούς, όπου τα ηλεκτρόνια αποκτούν την πιο σταθερή διαμόρφωση για το σχηματισμό μορίων.

Υβριδισμός sp³

Υβριδισμός sp³ αποτελείται από το σχηματισμό τεσσάρων "υβριδικών" τροχιακών από τα 2s, 2p τροχιακά_x, 2ρ_και και 2ρ_z πούρα.

Έτσι, έχουμε την αναδιάταξη των ηλεκτρονίων στο επίπεδο 2, όπου υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια διαθέσιμα για το σχηματισμό τεσσάρων δεσμών και διατάσσονται παράλληλα να έχουν χαμηλότερη ενέργεια (μεγαλύτερη σταθερότητα).

Ένα παράδειγμα είναι το μόριο αιθυλενίου (C₂H₄), των οποίων οι δεσμοί σχηματίζουν γωνίες 120 ° μεταξύ των ατόμων και παρέχουν μια επίπεδη τριγωνική γεωμετρία.

Στην περίπτωση αυτή παράγονται απλοί δεσμοί C-H και C-C (λόγω τροχιακών) sp²) και διπλό δεσμό C-C (λόγω του τροχιακού σ), για να σχηματιστεί το πιο σταθερό μόριο.

Υβριδισμός sp²

Μέσω υβριδισμού sp² τρία "υβριδικά" τροχιακά παράγονται από τα καθαρά 2s τροχιακά και τρία καθαρά τροχιακά 2p. Επιπρόσθετα, λαμβάνεται ένα καθαρό ορνιθικό που συμμετέχει στο σχηματισμό ενός διπλού δεσμού (που ονομάζεται pi: "π").

Ένα παράδειγμα είναι το μόριο αιθυλενίου (C₂H₄), των οποίων οι δεσμοί σχηματίζουν γωνίες 120 ° μεταξύ των ατόμων και παρέχουν μια επίπεδη τριγωνική γεωμετρία. Σε αυτή την περίπτωση, δημιουργούνται απλοί δεσμοί C-H και C-C (εξαιτίας των τροχιακών).²) και έναν διπλό δεσμό C-C (λόγω του ορμπιταλικού), για να σχηματιστεί το πιο σταθερό μόριο.

Με τον υβ υβριδισμό δημιουργούνται δύο "υβριδικά" τροχιακά από τα καθαρά 2s τροχιακά και τρία καθαρά 2ρ τροχιακά. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζονται δύο καθαρά τροχιακά που συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός τριπλού δεσμού.

Για αυτόν τον τύπο υβριδισμού, το μόριο ακετυλενίου (C) παρουσιάζεται ως παράδειγμα₂H₂), των οποίων οι δεσμοί σχηματίζουν γωνίες 180 ° μεταξύ των ατόμων και παρέχουν γραμμική γεωμετρία.

Για τη δομή αυτή έχει μονούς δεσμούς C-H και C-C (λόγω sp τροχιακή) και ένας τριπλός δεσμός C-C (δηλαδή, δύο δεσμούς pi λόγω τροχιακή p), για να ληφθεί η διαμόρφωση με χαμηλότερες ηλεκτρονίων άπωση.

Αναφορές

1. Τυφώδης υβριδισμός. Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org
2. Fox, Μ. Α., Και Whitesell, J. Κ. (2004). Οργανική Χημεία. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve
3. Carey, F. Α., And Sundberg, R. J. (2000). Σύνθετη οργανική χημεία: Μέρος Α: Δομή και μηχανισμοί. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve
4. Anslyn, Ε. V., και Dougherty, D. Α. (2006). Σύγχρονη Φυσική Οργανική Χημεία. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve
5. Mathur, R. Β.; Singh, Β. Ρ., And Pande, S. (2016). Νανοϋλικά άνθρακα: σύνθεση, δομή, ιδιότητες και εφαρμογές. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve