Hibridizarea chimică sp, sp2, sp3

chimie chimică Este „mix“ al orbitalii atomice, a cărui concept a fost introdus de chimistul Linus Pauling in 1931 pentru a acoperi teoria imperfecțiunilor valență bond (TEV). Ce imperfecțiuni? Acestea sunt: ​​geometrii moleculare și lungimile echivalente ale legăturilor în molecule ca metanul (CH₄).

Conform TEV în orbitali atomici de metan de forma C patru legături sigma patru atomi de H. 2p orbitali, cu forme de ∞ (jos) a C sunt perpendiculare unul pe celălalt, astfel încât H ar trebui să fie în afară de fiecare de alții la un unghi de 90 °.

In plus, 2s orbitale (sferice) se leagă la C 1s H orbital la un unghi de 135 ° în raport cu celelalte trei H. Totuși, experimental a constatat că unghiurile CH₄ ele sunt 109,5º și că, în plus, lungimile legăturilor C-H sunt echivalente.

Pentru a explica aceasta, o combinație a orbitalilor atomici originali trebuie considerată ca formând patru orbite hibride degenerate (de energie egală). Aici hibridizarea chimică intră în joc. Cum sunt orbitele hibride? Depinde de orbitele atomice care le generează. De asemenea, ele prezintă un amestec de caracteristici electronice ale acestora.

index

• 1 hibridizare Sp3
  • 1.1 Interpretare
  • 1.2 Devieri ale unghiurilor de legături
• 2 hibridizare sp2
• 3 Hibridizare sp
• 4 Referințe

Hibridizarea sp³

În cazul CH₄, hibridizarea lui C este sp³. Din această abordare, geometria moleculară este explicată cu patru orbite sp³ separate la 109.5 ° și îndreptate spre vârfurile unui tetraedru.

În imaginea de mai sus puteți vedea cum sp orbitale³ (verde) stabilesc un mediu electronic tetraedric în jurul atomului (A, care este C pentru CH₄).

De ce 109,5 ° și nu alte unghiuri, pentru a "desena" o geometrie diferită? Motivul este că acest unghi minimizează repulsia electronică a celor patru atomi care sunt legate de A.

În acest fel, molecula CH₄ poate fi reprezentat ca un tetraedru (geometria moleculară tetraedrică).

Dacă, în loc de H, C s-au format legături cu alte grupuri de atomi, care ar fi atunci hibridizarea lui? Atât timp cât carbonul formează patru legături σ (C-A), hibridizarea lui va fi sp³.

Se poate presupune că în alți compuși organici, cum ar fi CH₃OH, CCI₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (ciclohexan) etc., carbonul are o hibridizare sp³.

Acest lucru este fundamental pentru a schița structurile organice, unde carbonii cu legături simple reprezintă puncte de divergență; adică structura nu rămâne într-un singur plan.

interpretare

Care este cea mai simplă interpretare pentru aceste orbitale hibride fără a aborda aspectele matematice (funcțiile valurilor)? Sporbili³ ele implică faptul că acestea au provenit de la patru orbite: unul și trei p.

Deoarece combinația acestor orbite atomice ar trebui să fie ideală, cele patru orbitale sp³ rezultând sunt identice și ocupă diferite orientări în spațiu (cum ar fi în orbitale p_x, p_și și p_z).

Acest lucru se aplică și pentru alte hibridări posibile: numărul formei orbitali hibride este aceeași cu cea a orbitalii atomice sunt combinate. De exemplu, orbitale sp hibride³d² ele sunt formate din șase orbite atomice: unul s, trei p și două d.

Abateri ale unghiurilor de legături

Conform teoriei perechii de electroni repulsie Layer Valencia (VSEPR), o pereche de electroni liberi ocupă mai mult volum decât un atom legat. Acest lucru face ca legăturile să se deplaseze, scăzând tensiunea electronică și redirecționând unghiurile de 109.5 °:

De exemplu, în molecula de apă atomii de H sunt legați de sp orbitali³ (în verde) și, de asemenea, perechile de electroni care nu sunt împărtășite ":" ocupă aceste orbite.

Repulsiile acestor perechi de electroni este de obicei reprezentat ca „două baloane cu ochi“, care, datorită volumului lor, repellants două legături sigma O-H.

Astfel, în apă, unghiurile de legături sunt de fapt 105 °, în loc de 109,5 ° de așteptat pentru geometria tetraedrică.

Ce geometrie are H atunci?₂O? Are o geometrie unghiulară. De ce? Deoarece, deși geometria electronică este tetraedrică, două perechi de electroni neparticipați le distruge de o geometrie moleculară unghiulară.

Hibridizarea sp²

Când un atom combină două orbite p și unul, generează trei sp²; totuși, un orbital p rămâne neschimbat (deoarece sunt trei), care este reprezentat ca o bară portocalie în imaginea superioară.

Aici, cele trei orbitale sp² ele sunt verde pentru a evidenția diferența lor față de bara portocalie: orbita "pură".

Un atom cu hibridizare sp² poate fi vizualizată ca o podea triunghiulară plat (triunghiul tras cu orbitalele sp² verde), cu vârfurile separate de unghiuri de 120 ° și perpendiculare pe o bară.

Și ce rol are jocul pur orbital? Aceasta a formării unei legături duble (=). Sporbili² ele permit formarea a trei legături σ, în timp ce legătura pur orbitală a π (o legătură dublă sau triplă implică una sau două legături π).

De exemplu, pentru a desena gruparea carbonil și structura moleculei de formaldehidă (H.₂C = O), procedează după cum urmează:

Sporbili² atât C și O formează o legătură σ, în timp ce orbitele lor pure formează o legătură π (dreptunghiul portocaliu).

Se poate vedea cum restul grupurilor electronice (atomii H și perechile de electroni neparticipate) sunt situate în celelalte orbite sp.², separate de 120º.

Hibridizarea sp

Imaginea superioară prezintă un atom A cu hibridizare sp. Aici, o orbitală și o combinație orbitală să provină două sp orbitale degenerate. Totuși, acum două p orbitale pure rămân neschimbate, ceea ce permite A să formeze două legături duble sau o legătură triplă (≡).

Cu alte cuvinte: dacă într-o structură C respectă cele de mai sus (= C = sau C = C), atunci hibridizarea sa este sp. Pentru alți atomi mai puțin ilustrativi - ca și metalele de tranziție - descrierea geometriei electronice și moleculare este complicată deoarece orbitele d și chiar f sunt de asemenea luate în considerare.

Orbitalele hibride sunt separate printr-un unghi de 180 °. Din acest motiv, atomii legați sunt aranjați într-o geometrie moleculară liniară (B-A-B). În cele din urmă, în imaginea de mai jos puteți vedea structura anionului de cianură:

referințe

1. Sven. (3 iunie 2006). S-p-orbitali. [Figura]. Adus la data de 24 mai 2018 de la: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Mai 2002). Legarea și hibridizarea. Adus pe 24 mai 2018, de la: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). O comandă rapidă de hibridizare. Adus la data de 24 mai 2018, de la: masterorganicchemistry.com
4. Dr. Ian Hunt. Departamentul de Chimie, Universitatea din Calgary. sp3 hibridizare. Adus pe 24 mai 2018, de la: chem.ucalgary.ca
5. Legarea chimică II: Geometria moleculară și hibridizarea orbitalilor atomici Capitolul 10. [PDF]. Adus pe 24 mai 2018, de la: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Legătura cvalentă: Introducere în hibridizarea orbitalilor atomici. Adus pe 24 mai 2018, de la: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică (A patra ediție, pagina 51). Mc Graw Hill.