Orbitalna hibridizacija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Model molekule metana koju čine sp 3 -hibridne orbitale ugljika i s-orbitale vodika

Orbitalna hibridizacija je hipotetski proces miješanja različitih (s, p, d, f) orbitala središnjeg atoma poliatomske molekule s pojavom identičnih orbitala, ekvivalentnih po svojim pravilima. Kut između hibridnih orbitala za sp3 hibridizaciju je 109,5 stupnjeva, za sp2 - 120 stupnjeva, za sp - 180 stupnjeva.

Koncept hibridizacije

Shema hibridizacije atomskih orbitala atoma ugljika

Koncept hibridizacije valentnih atomskih orbitala predložio je američki kemičar Linus Pauling 1931. kako bi odgovorio na pitanje zašto, ako središnji atom ima različite (s, p, d) valentne orbitale, veze koje on formira u poliatomskim molekulama s Ispostavilo se da su isti ligandi ekvivalentni po svojim energetskim i prostornim karakteristikama.

Koncept hibridizacije je središnji za metodu valentne veze . Sama hibridizacija nije pravi fizički proces, već samo prikladan model koji omogućuje objašnjenje elektroničke strukture molekula, posebice hipotetičke modifikacije atomskih orbitala tijekom formiranja kovalentne kemijske veze , posebno poravnanje kemijske veze duljine i vezni kutovi u molekuli.

Koncept hibridizacije uspješno je primijenjen na kvalitativni opis jednostavnih molekula, ali je kasnije proširen na složenije. Za razliku od teorije molekularnih orbitala, ona nije strogo kvantitativna, na primjer, nije u stanju predvidjeti fotoelektronske spektre čak i tako jednostavnih molekula kao što je voda . Trenutno se koristi uglavnom u metodološke svrhe iu sintetskoj organskoj kemiji .

Godine 1954. Nobelov odbor dodijelio je L. Paulingovu nagradu za kemiju "Za proučavanje prirode kemijskih veza i njezine primjene za objašnjenje strukture složenih molekula." Ali sam L. Pauling nije bio zadovoljan uvođenjem σ, π - opisa za dvostruke i trostruke veze i konjugirane sustave.

Godine 1958., na simpoziju posvećenom sjećanju na Kekulea , L. Pauling je razvio teoriju savijenih kemijskih veza , koja uzima u obzir Coulombovo odbijanje elektrona. Prema ovoj teoriji, dvostruka veza je opisana kao kombinacija dvije savijene kemijske veze, a trostruka kao kombinacija tri savijene kemijske veze. [jedan]

Ovaj princip se ogleda u teoriji odbijanja elektronskih parova Gillespie - Nyholm, prvom i najvažnijem pravilu, koje je formulirano na sljedeći način:

Elektronski parovi zauzimaju takav raspored na valentnoj ljusci atoma, pri čemu su maksimalno udaljeni jedan od drugog, odnosno, elektronski parovi se ponašaju kao da se međusobno odbijaju” [2] .

Drugo pravilo je bilo da se "smatra se da se svi elektronski parovi uključeni u ljusku valentnog elektrona nalaze na istoj udaljenosti od jezgre . " [2]

Snelson-Kushelev prstenasti model daje veliki doprinos razumijevanju orbitalne hibridizacije.

Vrste hibridizacije

sp hibridizacija

sp hibridizacija

Javlja se kada se pomiješaju jedna s- i jedna p-orbitala. Nastaju dvije ekvivalentne sp-atomske orbitale, smještene linearno pod kutom od 180 stupnjeva i usmjerene u različitim smjerovima od jezgre središnjeg atoma. Dvije preostale nehibridne p-orbitale nalaze se u međusobno okomitim ravninama i sudjeluju u stvaranju π-veza.

sp 2 -hibridizacija

sp 2 -hibridizacija

Javlja se kada se pomiješaju jedna s i dvije p orbitale. Formiraju se tri hibridne orbitale sa osovinama koje se nalaze u istoj ravnini i usmjerene su na vrhove trokuta pod kutom od 120 stupnjeva. Nehibridna p-atomska orbitala okomita je na ravninu i u pravilu sudjeluje u stvaranju π-veza

sp 3 -hibridizacija

sp 3 -hibridizacija

Javlja se kada se pomiješaju jedna s- i tri p-orbitale, tvoreći četiri sp 3- hibridne orbitale ekvivalentne po obliku i energiji.

Osi sp 3 -hibridnih orbitala usmjerene su na vrhove tetraedra , dok se jezgra središnjeg atoma nalazi u središtu opisane sfere ovog tetraedra. Kut između bilo koje dvije osi je približno 109 ° 28 ' [3] , što odgovara najnižoj energiji odbijanja elektrona. Također sp 3 -orbitale mogu formirati četiri σ-veze s drugim atomima ili biti ispunjene usamljenim parovima elektrona. Ovo stanje je tipično za atome ugljika u zasićenim ugljikovodicima i, sukladno tome, u alkil radikalima i njihovim derivatima.

Hibridizacija i molekularna geometrija

Koncept hibridizacije atomskih orbitala temelji se na teoriji odbijanja elektronskih parova Gillespie-Nyholm . Svaka vrsta hibridizacije odgovara strogo definiranoj prostornoj orijentaciji hibridnih orbitala središnjeg atoma, što joj omogućuje da se koristi kao osnova za stereokemijske koncepte u anorganskoj kemiji.

U tablici su prikazani primjeri korespondencije između najčešćih tipova hibridizacije i geometrijske strukture molekula uz pretpostavku da su sve hibridne orbitale uključene u stvaranje kemijskih veza (nema usamljenih elektronskih parova) [4] .

Vrsta hibridizacije Broj
hibridne orbitale
Geometrija Struktura Primjeri
sp 2 Linearna AX2E0-2D.png

BeF 2 , CO 2 , NO 2 +

sp 2 3 Trokutasti AX3E0-side-2D.png

BF 3 , NO 3 - , CO 3 2-

sp 3 , d 3 s 4 Tetraedarski AX4E0-2D.png

CH 4 Cio 4 - SO 4 2-, NH4 +

dsp 2 4 Na kvadrat Kvadratna planarna molekularna geometrija.png [Ni (CN) 4 ] 2- [PdCl 4 ] 2-
sp 3 d 5 trigonalno-bipiramidalni AX5E0-2D.png PCI5, ASF 5
sp 3 d 2 , d 2 sp 3 6 Oktaedarski AX6E0-2D.png SF 6 , Fe (CN) 6 3- , CoF 6 3-

Bilješke (uredi)

  1. Uredio R. Kh. Freidlina. Teorijska organska kemija. - traka. s engleskog Kand. kem. znanosti Yu.G. Bundel. - M .: Izdavačka kuća strane književnosti, 1963. - T. 1. - P. 11. - 365 str.
  2. 1 2 Gillespie R. Geometry of Molecules / Per. s engleskog E. Z. Zasorin i V. S. Mastryukov, ur. Yu.A. Pentina. - M .: Mir, 1975. - S. 18-19. - 278 str.
  3. U teoriji, ovaj kut u pravilnom tetraedru je arccos (-1/3) ≈109 ° 28 '.
  4. Ovdje A - središnji atom, X - orbitale hibridnog vezivanja

Književnost

  • Pauling L. Priroda kemijskih veza / Per. s engleskog M. E. Dyatkina. Ed. prof. Ya.K. Syrkin. - M .; L .: Goskhimizdat, 1947 .-- 440 str.
  • Pauling L. Opća kemija. Po. s engleskog - M .: Mir, 1974 .-- 846 str.
  • Minkin V.I., Simkin B. Ya., Minyaev R.M. Teorija molekularne strukture. - Rostov na Donu: Phoenix, 1997. - S. 397-406. - ISBN 5-222-00106-7 .
  • Gillespie R. Geometrija molekula / Per. s engleskog E. Z. Zasorin i V. S. Mastryukov, ur. Yu.A. Pentina. - M .: Mir, 1975 .-- 278 str.

Linkovi