Χημικός Υβριδισμός sp, sp2, sp3

Το χημική υβριδοποίηση Είναι η «μίγμα» των ατομικών τροχιακών, ο σχεδιασμός του οποίου εισήχθη από το χημικό Linus Pauling το 1931 για να καλύψει τη θεωρία ατέλειες δεσμού σθένους (TEV). Τι ατέλειες; Αυτές είναι: οι μοριακές γεωμετρίες και τα ισοδύναμα μήκη συνδέσεων σε μόρια όπως το μεθάνιο (CH₄).

Σύμφωνα με την ΤΕν σε μεθάνιο ατομικά τροχιακά της μορφής C τέσσερις δεσμούς σ τέσσερα άτομα H. 2ρ τροχιακά, με τις μορφές των ∞ (κάτω) του C είναι κάθετες μεταξύ τους, έτσι ώστε θα πρέπει να είναι Η, εκτός από το καθένα των άλλων σε γωνία 90º.

Επιπλέον, η 2s τροχιακού (σφαιρικά) δεσμεύεται με C 1s τροχιακό H σε γωνία 135 ° σε σχέση με τα άλλα τρία H. Ωστόσο, πειραματικά βρέθηκε ότι οι γωνίες στο CH₄ είναι 109,5º και ότι, επιπλέον, τα μήκη των δεσμών C-H είναι ισοδύναμα.

Για να το εξηγήσουμε αυτό, ένας συνδυασμός των αρχικών ατομικών τροχιακών πρέπει να θεωρηθεί ότι σχηματίζει τέσσερα εκφυλισμένα υβριδικά τροχιακά (ίσης ενέργειας). Εδώ έρχεται χημική χημεία. Τι είναι τα υβριδικά τροχιακά; Εξαρτάται από τα ατομικά τροχιακά που τα παράγουν. Παρουσιάζουν επίσης ένα μείγμα των ηλεκτρονικών χαρακτηριστικών αυτών.

Ευρετήριο

• 1 sp3 Υβριδισμός
  • 1.1 Ερμηνεία
  • 1.2 Αποκλίσεις των γωνιών των συνδέσμων
• 2 Υβριδισμός sp2
• 3 Υβριδισμός sp
• 4 Αναφορές

Υβριδισμός sp³

Στην περίπτωση του CH₄, Η υβριδοποίηση του C είναι sp³. Από αυτή την προσέγγιση, η μοριακή γεωμετρία εξηγείται με τέσσερα τροχιακά σχήματα³ χωρισμένες σε 109,5 ° και στραμμένες προς τις κορυφές ενός τετράεδρου.

Στην παραπάνω εικόνα μπορείτε να δείτε πώς τα sp orbital³ (πράσινο) δημιουργούν ένα τετραεδρικό ηλεκτρονικό περιβάλλον γύρω από το άτομο (Α, το οποίο είναι C για το CH₄).

Γιατί 109.5 ° και όχι άλλες γωνίες, προκειμένου να "σχεδιάσουμε" μια διαφορετική γεωμετρία; Ο λόγος είναι ότι αυτή η γωνία ελαχιστοποιεί τις ηλεκτρονικές απορρίψεις των τεσσάρων ατόμων που συνδέονται με το Α.

Με αυτόν τον τρόπο, το μόριο CH₄ μπορεί να αναπαρασταθεί ως τετράεδρο (τετραεδρική μοριακή γεωμετρία).

Εάν, αντί για Η, Γ σχηματίστηκαν δεσμοί με άλλες ομάδες ατόμων, ποια θα ήταν η υβριδοποίησή της; Όσο ο άνθρακας σχηματίζει τέσσερις δεσμούς σ (C-A), θα είναι η υβριδοποίησή του³.

Μπορεί να υποτεθεί ότι σε άλλες οργανικές ενώσεις όπως το CH₃ΟΗ, CCl₄, C (CH₃)₄, Γ₆H₁₂ (κυκλοεξάνιο), κλπ., ο άνθρακας έχει υβ υβριδισμό³.

Αυτό είναι θεμελιώδες για το σκίτσο οργανικών δομών, όπου οι άνθρακες με απλούς δεσμούς αντιπροσωπεύουν σημεία απόκλισης. δηλαδή, η δομή δεν παραμένει σε ένα μόνο επίπεδο.

Ερμηνεία

Ποια είναι η απλούστερη ερμηνεία για αυτές τις υβριδικές τροχιές χωρίς να ασχολούνται με τις μαθηματικές πτυχές (λειτουργίες κυμάτων); Οι οδικές αρτηρίες³ υποδηλώνουν ότι προέρχονταν από τέσσερα τροχιακά: ένα και τρία σ.

Επειδή ο συνδυασμός αυτών των ατομικών τροχιακών υποτίθεται ότι είναι ιδανικός, οι τεσσάρων sp τροχιακών³ που προκύπτουν είναι όμοια και καταλαμβάνουν διαφορετικούς προσανατολισμούς στο διάστημα (όπως στις τροχιές σ_x, σ_και και σ_z).

Τα παραπάνω ισχύουν για τους υπόλοιπους δυνατούς υβριδισμούς: ο αριθμός των υβριδικών τροχιακών που σχηματίζεται είναι ο ίδιος με τον αριθμό των συνδυασμένων ατομικών τροχιακών. Για παράδειγμα, τα υβριδικά τροχιακά³δ² σχηματίζονται από έξι ατομικά τροχιακά: ένα s, τρία p και δύο d.

Αποκλίσεις των γωνιών των συνδέσμων

Σύμφωνα με τη θεωρία του ζεύγους ηλεκτρονίων απώθησης Layer Valencia (VSEPR), ένα ζεύγος ελεύθερων ηλεκτρονίων καταλαμβάνει περισσότερο όγκο από ό, τι ένα άτομο συνδεδεμένο. Αυτό προκαλεί την κίνηση των ζεύξεων, μειώνοντας την ηλεκτρονική τάση και εκτρέποντας τις γωνίες 109,5 °:

Για παράδειγμα, στο μόριο του νερού τα άτομα Η δεσμεύονται στα σορβικά³ (πράσινο), αλλά και τα ζεύγη ηλεκτρονίων που δεν μοιράζονται ":" καταλαμβάνουν αυτά τα τροχιακά.

Οι απωθήσεις αυτών των ζευγών ηλεκτρονίων συνήθως αντιπροσωπεύονται ως "δύο σφαίρες με τα μάτια", τα οποία, λόγω του όγκου τους, απωθούν τους δύο δεσμούς σ-Ο.

Έτσι, στο νερό οι γωνίες των συνδέσμων είναι πραγματικά 105º, αντί των 109,5º που αναμένονται για την τετραεδρική γεωμετρία.

Ποια γεωμετρία έχει τότε το H;₂Ο; Έχει γωνιακή γεωμετρία. Γιατί; Επειδή αν και η ηλεκτρονική γεωμετρία είναι τετραεδρική, δύο ζευγάρια μη επιμερισμένων ηλεκτρονίων αφαιρούν από αυτήν μια γωνιακή μοριακή γεωμετρία.

Υβριδισμός sp²

Όταν ένα άτομο συνδυάζει δύο τροχιακά και ένα τροχιακά, δημιουργεί τρία υβριδικά τροχιακά²? Ωστόσο, ένα τροχιακό p παραμένει αμετάβλητο (επειδή είναι τρία), το οποίο αντιπροσωπεύεται ως πορτοκαλί ράβδος στην παραπάνω εικόνα.

Εδώ, οι τρεις τροχαλίες² είναι πράσινα για να επισημάνουν τη διαφορά τους από την πορτοκαλί ράβδο: το "καθαρό" τροχιακό.

Ένα άτομο με υβ υβριδισμό² μπορεί να απεικονιστεί ως ένα επίπεδο τριγωνικό πάτωμα (το τρίγωνο που σχεδιάστηκε με τις τροχιές του sp² πράσινου χρώματος), με τις κορυφές του να χωρίζονται από γωνίες 120º και κάθετες σε μια ράβδο.

Και ποιος είναι ο ρόλος του καθαρού κομματικού παιχνιδιού; Το σχηματισμό ενός διπλού δεσμού (=). Οι οδικές αρτηρίες² επιτρέπουν τον σχηματισμό τριών δεσμών σ, ενώ ο καθαρός δεσμός ρ οριζόντου a π (ένας διπλός ή τριπλός δεσμός συνεπάγεται έναν ή δύο δεσμούς π).

Για παράδειγμα, για την έλξη της ομάδας καρβονυλίου και της δομής του μορίου φορμαλδεΰδης (Η₂C = O), προχωρεί ως εξής:

Οι οδικές αρτηρίες² και τα δύο από τα C και O σχηματίζουν έναν δεσμό σ, ενώ τα καθαρά τροχιακά τους σχηματίζουν έναν δεσμό π (το πορτοκαλί ορθογώνιο).

Μπορούμε να δούμε πώς οι υπόλοιπες ηλεκτρονικές ομάδες (άτομα Η και μη-κοινό ζεύγη ηλεκτρονίων) βρίσκονται στις άλλες ορμωτικές τροχιές.², χωρίζονται από 120º.

Υβριδισμός sp

Η άνω εικόνα δείχνει ένα άτομο Α με υβριδισμό sp. Εδώ, ένα τροχιακό και ένας τροχιακός συνδυασμός προέρχονται από δύο εκφυλισμένα sp τροχιακά. Εντούτοις, τώρα δύο καθαρά ρ τροχιακά παραμένουν αμετάβλητα, τα οποία επιτρέπουν στο Α να σχηματίσει δύο διπλούς δεσμούς ή έναν τριπλό δεσμό (≡).

Με άλλα λόγια: αν κάποιος δομή πληροί την ανωτέρω C (= C = C = C ή), τότε υβριδοποίηση είναι sp. Για άλλα λιγότερο επεξηγηματικούς όπως transition- μέταλλα άτομά περιγραφή των ηλεκτρονικών και μοριακών γεωμετρίες θεωρούνται επίσης περίπλοκη, διότι τα d τροχιακά και στο f.

Τα υβριδικά τροχιακά χωρίζονται με γωνία 180º. Για το λόγο αυτό τα συνδεδεμένα άτομα είναι διατεταγμένα σε γραμμική μοριακή γεωμετρία (Β-Α-Β). Τέλος, στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να δείτε τη δομή του ανιόντος κυανίου:

Αναφορές

1. Sven. (3 Ιουνίου 2006). S-p-Orbitals. [Εικόνα] Ανακτήθηκε στις 24 Μαΐου 2018 από: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Μάιος 2002). Συγκόλληση και υβριδισμός. Ανακτήθηκε στις 24 Μαΐου 2018, από: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Μια συντόμευση υβριδισμού. Ανακτήθηκε στις 24 Μαΐου 2018, από: masterorganicchemistry.com
4. Δρ Ian Hunt. Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι. sp3 υβριδισμού. Ανακτήθηκε στις 24 Μαΐου 2018, από: chem.ucalgary.ca
5. Χημική σύνδεση II: Μοριακή γεωμετρία και υβριδισμός των ατομικών τροχιακών Κεφάλαιο 10. [PDF]. Ανακτήθηκε στις 24 Μαΐου 2018, από: wou.edu
6. Quimitube (2015). Ομοιογενής δεσμός: Εισαγωγή στον υβριδισμό των ατομικών τροχιακών. Ανακτήθηκε στις 24 Μαΐου 2018, από: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (Τέταρτη έκδοση, σελ. 51). Mc Graw Hill.