היברידיזציה כימית sp, sp2, sp3

ה הכלאה כימית הוא "התערובת" של האורביטלים האטומיים, שתפיסתם הוכנסה על ידי הכימאי לינוס פאולינג בשנת 1931 כדי לכסות את הפגמים של התיאוריה של הקישור של ולנסיה (TEV). אילו פגמים? אלה הם: הגיאומטריות המולקולריות ואת אורך הקישור שווה במולקולות כמו מתאן (CH₄).

על פי TEV, במתאן האורביטלים האטומיים של C יוצרים ארבע קשרים של σ עם ארבעה אטומי H. האורביטלים של 2p עם צורות formas (התמונה התחתונה) של C הם בניצב זה לזה, ולכן יש לקבוע את ה- H של אחרים בזווית של 90 מעלות.

בנוסף, המסלול 2 (כדורית) של C מחובר למסלול 1S של H בזווית של 135 מעלות ביחס לשלושת האחרים.עם זאת, נמצא כי הניסויים ב- CH₄ הם 109.5 מעלות, וכי, בנוסף, אורכי C-H אג"ח הם שווים.

כדי להסביר זאת, שילוב של האטומים האטומיים המקוריים חייב להיחשב ליצירת ארבעה אורביטלים היברידיים מנוונים (של אנרגיה שווה). הנה מגיע הכימיה הכימית. מה הם היברידי היברידי כמו? זה תלוי באטביטלים האטומיים שיוצרים אותם. הם גם מציגים תערובת של המאפיינים האלקטרוניים של אלה.

אינדקס

• 1 היברידיזציה
  • 1.1 פרשנות
  • 1.2 חריגות של זוויות הקישורים
• 2 הכלאה sp2
• 3 הכלאה sp
• 4 הפניות

הכלאה sp³

במקרה של CH₄, הכלאה של C הוא sp³. מתוך גישה זו, הגיאומטריה המולקולרית מוסברת עם ארבעה spbit אורביטלים³ מופרדים ב 109.5 מעלות ומצביעים לעבר קודקודים של טטרהדרון.

בתמונה לעיל אתה יכול לראות איך spbit אורביטלים³ (ירוק) להקים סביבה אלקטרונית tetrahedral סביב האטום (A, אשר C עבור CH₄).

למה 109.5 מעלות ולא זוויות אחרות, כדי "לצייר" גיאומטריה אחרת? הסיבה לכך היא שזווית זו ממזערת את הדחייה האלקטרונית של ארבעת האטומים הקשורים ל- A.

בדרך זו, מולקולת CH₄ יכול להיות מיוצג כמו tetrahedron (tetrahedral מולקולרית הגיאומטריה).

אם, במקום H, C יצרו קישורים עם קבוצות אחרות של אטומים, מה יהיה אז הכלאה שלה? כל עוד הפחמן יוצר ארבע אג"ח σ (C-A), הכלאה שלה יהיה³.

ניתן להניח כי בתרכובות אורגניות אחרות כגון CH₃OH, CCL₄, C (CH₃)₄, ג₆ח₁₂ (cyclohexane), וכו ', לפחמן יש הכלאה sp³.

זה בסיסי כדי לשרטט מבנים אורגניים, שבו פחמנים עם קשרים פשוטים מייצגים נקודות של סטייה; כלומר, המבנה אינו נשאר במישור אחד.

פרשנות

מהי הפרשנות הפשוטה ביותר עבור אורביטלים היברידיים אלה מבלי להתייחס להיבטים המתמטיים (פונקציות הגל)? אורביטלים³ מרמזים כי הם מקורם בארבעה אורביטלים: אחד ושלושה עמ '.

מכיוון שהשילוב של אורביטלים אטומיים אלה אמור להיות אידיאלי, ארבעת הספורטאים³ וכתוצאה מכך זהים לכבוש אוריינטציות שונות בחלל (כגון ב אורביטלים עמ '_x, עמ '_ו ו p_z).

האמור לעיל חל על שאר ההכלאות האפשריות: מספר האורביטלים ההיברידיים הנוצרים הוא זהה לזה של האורביטלים האטומיים המשולבים. לדוגמה, spbit היברידית sp³ד² הם נוצרים משש אטומים אטומיים: אחד, שלושה p ו- 2 ד.

סטיות של זוויות הקישורים

על פי התיאוריה של דחייה של זוגות אלקטרוניים של שכבת ולנסיה (VSEPR), זוג אלקטרונים חופשיים תופסת נפח גדול יותר מאשר אטום מקושר. זה גורם לקישורים לנוע זה מזה, הפחתת המתח האלקטרוני והסטת זוויות 109.5 מעלות:

לדוגמה, במולקולה של המים אטומים H קשורות אורביטלים sp³ (בירוק), וגם זוגות אלקטרונים לא משותף ":" לכבוש את האורביטלים האלה.

הדחפים של זוגות אלה של אלקטרונים מיוצגים בדרך כלל כ "שני כדורים עם עיניים", אשר, בשל הנפח שלהם, להדוף את שתי הקשרים σ O-H.

לכן, במים זוויות הקישורים הם באמת 105 מעלות, במקום 109,5 מעלות הצפוי עבור הגיאומטריה tetrahedral.

מה הגיאומטריה עושה אז?₂O? יש לו גיאומטריה זוויתי. למה? כי למרות הגיאומטריה האלקטרונית היא tetrahedral, שני זוגות של אלקטרונים שאינם משותפים לגרוע ממנו לגיאומטריה מולקולרית זוויתי.

הכלאה sp²

כאשר אטום משלב שני אורביטלים p ו- s אחד, הוא מייצר שלושה אורביטלים היברידי sp²; עם זאת, אורביטלית p נשאר ללא שינוי (כי הם שלושה), אשר מיוצג כמו כתום בתמונה לעיל.

הנה, שלושה spbit אורביטלים² הם ירוקים כדי להבליט את ההבדל שלהם מן הבר כתום: "טהור" מסלולית p.

אטום עם הכלאה sp² יכול להיות דמיינו כמו רצפה טריגונלית שטוחה (המשולש נמשך עם אורביטלים sp² של צבע ירוק), עם קודקודים מופרדים על ידי זוויות 120 מעלות וניצב לבר.

ואיזה תפקיד עושה את המסלול p טהור לשחק? זה של יצירת קשר כפול (=). אורביטלים² לאפשר את היווצרות של שלוש אג"ח σ, בעוד p טהור p מסלולו π האג"ח (כפול או משולש הקשר לרמוז אחד או שניים π אג"ח).

לדוגמה, כדי לצייר את הקבוצה carbonyl ואת המבנה של מולקולת פורמלדהיד (H₂C = O), ממשיך כדלקמן:

אורביטלים² הן של C ו- O יוצרים אג"ח σ, ואילו האורביטלים הטהורים שלהם יוצרים קשר π (המלבן הכתום).

ניתן לראות כיצד שאר הקבוצות האלקטרוניות (אטומי H וזוגות אלקטרון שאינם משותפים) ממוקמים במסלולים האחרים של ה- SP.², מופרדים על ידי 120 מעלות.

הכלאה sp

התמונה העליונה מראה אטום A עם הכלאה sp. הנה, של מסלולית ו p קומביטציה p להניב שני Orbitals sp מנוון. עם זאת, עכשיו שני אורביטלים טהור p להישאר ללא שינוי, אשר מאפשרים A כדי ליצור שתי איגרות חוב כפול או משולש הקשר (≡).

במילים אחרות: אם במבנה C מקיים את האמור לעיל (= C = או C≡C), אז הכלאה שלה הוא sp. עבור אטומים אחרים הממחישים פחות - כגון מתכות מעבר - תיאור הגיאומטריות האלקטרוניות והמולקולריות מסובך משום שהמסלולים d ואפילו האורביטלים F נחשבים גם הם..

האורביטלים ההיברידיים מופרדים בזווית של 180 מעלות. מסיבה זו האטומים המקושרים מסודרים בגיאומטריה מולקולרית לינארית (B-A-B). לבסוף, בתמונה למטה ניתן לראות את המבנה של אניון ציאניד:

הפניות

1. סוון. (3 ביוני 2006). S-p-Orbitals. [איור] ב -24 במאי 2018, מתוך: commons.wikimedia.org
2. ריצ'רד סי. (מאי 2002). מליטה והכלאה. אוחזר ב 24 במאי 2018, מ: chemistry.boisestate.edu
3. ג'יימס. (2018). קיצור כלאיים. אחזור ב 24 במאי 2018, מ: masterorganicchemistry.com
4. ד"ר איאן האנט. המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קלגרי. sp3 הכלאה. אוחזר ב 24 במאי 2018, מ: chem.ucalgary.ca
5. מליטה כימית II: גיאומטריה מולקולרית והכלאה של אורביטלים אטומיים פרק 10. [PDF]. אוחזר ב 24 במאי 2018, מ: wou.edu
6. קווימיטוב (2015). קשר קוולנטי: מבוא להכלאה של אורביטלים אטומיים. אחזר ב 24 במאי 2018, מ: quimitube.com
7. צמרמורת & אטקינס. (2008). כימיה אנאורגנית (מהדורה רביעית, עמ '51). מק גרב היל.