Kemisk hybridisering sp, sp2, sp3

den kemisk hybridisering är "blandningen" av atomorbitalerna, vars koncept introducerades av kemisten Linus Pauling 1931 för att täcka imperfektionerna i teorin om Valencia län (TEV). Vilka imperfektioner? Dessa är: molekylära geometrier och ekvivalenta länklängder i molekyler som metan (CH₄).

Enligt TEV i metan atomorbitaler av C bildar fyra obligationer o fyra atomer H. 2p orbitaler, med former av ∞ (botten) hos C är vinkelräta mot varandra, så att H bör vara åtskilda från varandra av andra i en 90º vinkel.

Dessutom 2s orbital (sfärisk) binder till C 1s orbital H vid en vinkel av 135 ° i förhållande till de andra tre H. Emellertid experimentellt funnit att vinklarna i CH₄ är 109,5º och att dessutom längderna av C-H bindningarna är ekvivalenta.

För att förklara detta måste en kombination av de ursprungliga atomorbitalerna anses utgöra fyra degenererade hybridorbitaler (av lika energi). Här kommer kemisk kemi. Vad är hybrid orbitaler som? Det beror på atomomgångarna som genererar dem. De uppvisar också en blandning av dessa elektroniska egenskaper.

index

• 1 sp3-hybridisering
  • 1.1 Tolkning
  • 1.2 Avvikelser av länkarnas vinklar
• 2 Hybridisering sp2
• 3 hybridiseringssp
• 4 referenser

Hybridisering sp³

I fallet med CH₄, Hybridisering av C är sp³. Från denna metod förklaras molekylgeometrin med fyra sp orbitaler³ separeras vid 109,5 º och pekar mot en tetraeders vertikaler.

I bilden ovan kan du se hur sp orbitalerna³ (grön) upprätta en tetraedral elektronisk miljö runt atomen (A, vilken är C för CH₄).

Varför 109.5º och inte andra vinklar, för att "dra" en annan geometri? Anledningen är att denna vinkel minimerar de elektroniska avstängningarna av de fyra atomer som är kopplade till A.

På detta sätt, CH-molekylen₄ kan representeras som en tetraeder (tetrahedral molekylgeometri).

Om, i stället för H, C bildade länkar med andra grupper av atomer, vad skulle då dess hybridisering vara? Så länge kolet bildar fyra σ-bindningar (C-A), kommer hybridiseringen att vara³.

Det kan antas att i andra organiska föreningar såsom CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cyklohexan) etc, kolet har en sp hybridisering³.

Detta är grundläggande för att skissera organiska strukturer, där kol med enkla bindningar representerar punkter av divergens. det vill säga att strukturen inte förblir i ett enda plan.

tolkning

Vad är den enklaste tolkningen för dessa hybridorbitaler utan att ta itu med de matematiska aspekterna (vågfunktionerna)? Sp orbitals³ antyder att de härstammar från fyra orbitaler: en s och tre s.

Eftersom kombinationen av dessa atomorbitaler är tänkt att vara idealisk, de fyra sp orbitalerna³ resulterande är identiska och upptar olika orienteringar i rymden (såsom i orbitalerna p_x, p_och och s_z).

Ovanstående gäller för resten av möjliga hybridiseringar: antalet hybridorbitaler som bildas är desamma som för de kombinerade atoma orbitalerna. Till exempel, sp hybrid orbitaler³d² de bildas av sex atomära orbitaler: en s, tre p och två d.

Avvikelser av länkarnas vinklar

Enligt teorin om repulsion av Valencia-lagrets elektroniska par (VSEPR) upptar ett par fria elektroner mer volym än en länkad atom. Detta medför att länkarna rör sig ifrån varandra, minskar den elektroniska spänningen och avleder 109,5º-vinklarna:

I vattenmolekylen är t ex H-atomer bundna till sp orbitalerna³ (i grönt), och även de elektronpar som inte delas ":" upptar dessa orbitaler.

Repulsionerna av dessa elektronpar är vanligtvis representerade som "två glober med ögon", som på grund av sin volym avstötar de två bindningarna o-H.

Således är vattnet i länkarna verkligen 105º, i stället för de 109,5º som förväntas för tetrahedral geometri.

Vilken geometri har H då?₂O? Den har en vinkelgeometri. Varför? Eftersom även om den elektroniska geometrin är tetraedral, förringar två par icke-delade elektroner den till en vinkelmolekylgeometri.

Hybridisering sp²

När en atom kombinerar två p och en s-orbitaler genererar den tre sp-hybrid-orbitaler²; En orbital p förblir emellertid oförändrad (eftersom de är tre), som representeras som en orange bar i bilden ovan.

Här, de tre sp orbitalerna² De är gröna för att markera deras skillnad från den orange linjen: den "rena" orbitalen.

En atom med sp hybridisering² kan visualiseras som en platt trigonalgolv (triangeln som dras med sp orbitalerna² av grön färg), med dess vertices separerade med 120º vinklar och vinkelrätt mot en bar.

Och vilken roll spelar den rena p orbitalen? Det att bilda en dubbelbindning (=). Sp orbitals² tillåta bildandet av tre σ bindningar, medan den rena p orbitala a π-bindningen (en dubbel- eller trippelbindning innebär en eller två π-bindningar).

Till exempel, för att dra karbonylgruppen och strukturen av formaldehydmolekylen (H₂C = O), fortsätter enligt följande:

Sp orbitals² både C och O bildar ett bindning σ, medan deras rena orbitaler bildar ett bindning π (den orange rektangeln).

Det kan ses hur resten av de elektroniska grupperna (H-atomer och icke-delade elektronpar) finns i de andra sp orbitalerna.², separerad av 120º.

Hybridisering sp

Den övre bilden visar en atom A med sp-hybridisering. Här kombinerar en orbital s och en p orbital att härleda två degenererade sp orbitaler. Emellertid förblir nu två rena p orbitaler oförändrade, vilket gör att A kan bilda två dubbelbindningar eller en trippelbindning (≡).

Med andra ord: om en C uppfyller ovanstående (= C = eller C≡C), då är dess hybridisering sp. För andra mindre illustrativa atomer - såsom övergångsmetaller - är beskrivningen av de elektroniska och molekylära geometrier komplicerad eftersom orbitalerna d och även f-orbitalerna också beaktas..

Hybrida orbitalerna separeras med en vinkel på 180º. Av denna anledning är de bundna atomer anordnade i en linjär molekylgeometri (B-A-B). Slutligen, i bilden nedan kan du se strukturen av cyanidanjonen:

referenser

1. Sven. (3 juni 2006). S-p-orbitaler. [Bild]. Hämtad den 24 maj 2018, från: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Maj 2002). Bondning och hybridisering. Hämtad den 24 maj 2018, från: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). En hybridiseringsgenväg. Hämtad den 24 maj 2018, från: masterorganicchemistry.com
4. Dr Ian Hunt. Institutionen för kemi, University of Calgary. sp3-hybridisering. Hämtat den 24 maj 2018, från: chem.ucalgary.ca
5. Kemisk bindning II: Molekylär geometri och hybridisering av atomomgångar Kapitel 10. [PDF]. Hämtad den 24 maj 2018, från: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Kovalent bindning: Introduktion till hybridisering av atomorbitaler. Hämtad den 24 maj 2018, från: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi (Fjärde upplagan, s. 51). Mc Graw Hill.