การผสมคาร์บอนในสิ่งที่มันประกอบไปด้วยชนิดและคุณสมบัติของมัน

การผสมคาร์บอน เกี่ยวข้องกับการรวมกันของสอง orbitals อะตอมบริสุทธิ์เพื่อสร้าง "ไฮบริด" วงโคจรโมเลกุลใหม่ที่มีลักษณะของตัวเอง ความคิดเกี่ยวกับการโคจรของอะตอมให้คำอธิบายที่ดีกว่าแนวคิดวงโคจรก่อนหน้านี้เพื่อสร้างการประมาณว่ามีความน่าจะเป็นมากในการค้นหาอิเล็กตรอนในอะตอม.

อีกวิธีหนึ่งการโคจรของอะตอมเป็นตัวแทนของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อให้ความคิดเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอนหรือคู่ของอิเล็กตรอนในบางพื้นที่ภายในอะตอมซึ่งแต่ละวงถูกกำหนดตามค่าของตัวเลข ควอนตัม.

ตัวเลขควอนตัมอธิบายสถานะของระบบ (เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนในอะตอม) ในช่วงเวลาหนึ่งโดยพลังงานที่เป็นของอิเล็กตรอน (n) โมเมนตัมเชิงมุมที่อธิบายในการเคลื่อนที่ (l), โมเมนต์แม่เหล็กที่เกี่ยวข้อง (m) และการหมุนของอิเล็กตรอนขณะเคลื่อนที่ภายในอะตอม.

พารามิเตอร์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะสำหรับอิเล็กตรอนแต่ละตัวในวงโคจรดังนั้นอิเล็กตรอนสองตัวจึงไม่สามารถมีค่าเหมือนกันของตัวเลขควอนตัมสี่ตัวและวงโคจรแต่ละอันสามารถครอบครองโดยอิเล็กตรอนสองตัวได้มากที่สุด.

ดัชนี

• 1 การผสมคาร์บอนคืออะไร??
• 2 ประเภทหลัก
  • 2.1 Sp3 Hybridization
  • 2.2 Hybridization sp2
• 3 อ้างอิง

การผสมคาร์บอนคืออะไร?

เพื่ออธิบายการไฮบริดของคาร์บอนจะต้องนำมาพิจารณาว่าลักษณะของแต่ละวงโคจร (รูปร่าง, พลังงาน, ขนาด, ฯลฯ ) ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละอะตอม.

นั่นคือลักษณะของแต่ละวงโคจรขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอิเล็กตรอนในแต่ละ "เลเยอร์" หรือระดับ: จากใกล้กับแกนกลางไปยังด้านนอกสุดที่รู้จักกันว่าเลเยอร์วาเลนซ์.

อิเล็กตรอนของระดับนอกสุดเป็นอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะได้ ดังนั้นเมื่อพันธะทางเคมีเกิดขึ้นระหว่างสองอะตอมการซ้อนทับกันหรือทับซ้อนของสอง orbitals (หนึ่งในแต่ละอะตอม) ถูกสร้างขึ้นและสิ่งนี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเรขาคณิตของโมเลกุล.

ตามที่ระบุไว้ข้างต้นแต่ละวงสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุดสองตัว แต่ต้องปฏิบัติตามหลักการของ Aufbau ซึ่งวงโคจรจะเต็มไปตามระดับพลังงานของพวกเขา (จากต่ำสุดไปสูงสุด) แสดงด้านล่าง:

วิธีนี้ระดับ 1 จะถูกเติมเต็มก่อนs, จากนั้น 2s, ตามด้วย 2พี และอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมหรือไอออนที่มี.

ดังนั้นการผสมพันธุ์เป็นปรากฏการณ์ที่สอดคล้องกับโมเลกุลเนื่องจากอะตอมแต่ละอะตอมสามารถให้อะตอมมิกส์บริสุทธิ์เท่านั้น (s, พี, d, F) และเนื่องจากการรวมกันของ orbitals อะตอมตั้งแต่สองตัวขึ้นไปจำนวนของ orbitals แบบลูกผสมที่อนุญาตให้มีการเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบต่างๆ.

ประเภทหลัก

วงโคจรของอะตอมมีรูปร่างที่แตกต่างกันและมีการหมุนวนของอวกาศเพิ่มความซับซ้อนดังที่แสดงด้านล่าง:

พบว่ามีวงโคจรเพียงประเภทเดียว s (รูปร่างรูปทรงกลม) วงโคจรสามประเภท พี (รูปร่าง lobular ที่แต่ละกลีบจะเน้นไปที่แกนอวกาศ) ห้าประเภทของวงโคจร d และวงโคจรเจ็ดประเภท F, ซึ่งวงโคจรแต่ละประเภทมีพลังงานเท่ากันทุกประการ.

อะตอมของคาร์บอนในสถานะพื้นมีอิเล็กตรอน 6 ตัวซึ่งมีค่าเป็น 1s²2s²2พี^2. นั่นคือพวกเขาควรครอบครองระดับ 1s (อิเล็กตรอนสองตัว) 2s (สองอิเล็กตรอน) และบางส่วน 2p (ส่วนที่เหลืออีกสองอิเล็กตรอน) ตามหลักการของ Aufbau.

ซึ่งหมายความว่าอะตอมของคาร์บอนมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่อยู่สองตัวในวงโคจร 2พี, แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายการก่อตัวหรือรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลมีเธน (CH)₄) หรืออื่น ๆ ที่ซับซ้อนมากขึ้น.

ดังนั้นในการสร้างพันธะเหล่านี้คุณต้องมีการผสมพันธุ์ของวงโคจร s และ พี (สำหรับกรณีของคาร์บอน) เพื่อสร้างวงโคจรลูกผสมใหม่ที่อธิบายถึงพันธะคู่และสามซึ่งอิเล็กตรอนจะได้รับโครงสร้างที่เสถียรที่สุดสำหรับการก่อตัวของโมเลกุล.

พันธุ์ลูกผสม³

พันธุ์ลูกผสม³ ประกอบด้วยการก่อตัวของวงโคจรสี่ "ไฮบริด" จากวงโคจร 2s, 2p_x, 2p_และ และ 2p_Z บริสุทธิ์.

ดังนั้นเราจึงมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนใหม่ในระดับ 2 ซึ่งมีอิเล็กตรอนสี่ตัวสำหรับการก่อตัวของพันธะสี่และพวกเขาได้รับคำสั่งในแบบคู่ขนานเพื่อให้มีพลังงานต่ำ (เสถียรภาพมากขึ้น).

ตัวอย่างคือโมเลกุลเอทิลีน (C)₂H₄) ซึ่งลิงก์จะทำมุม 120 องศาระหว่างอะตอมและจัดให้มีรูปทรงเรขาคณิตตรีโกณมิติแบบแบน.

ในกรณีนี้จะมีการสร้างพันธบัตร C-H และ C-C อย่างง่าย (เนื่องจากวงโคจร) SP²) และพันธะ C-C สองเท่า (เนื่องจากวงโคจร พี) เพื่อสร้างโมเลกุลที่เสถียรที่สุด.

พันธุ์ลูกผสม²

ผ่านการผสมพันธุ์ sp² วงโคจร "ลูกผสม" สามวงถูกสร้างขึ้นจากวงโคจรบริสุทธิ์ 2 วินาทีและวงโคจร 2p บริสุทธิ์สามวง นอกจากนี้ยังได้รับวง p บริสุทธิ์ที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะคู่ (เรียกว่า pi: "π").

ตัวอย่างคือโมเลกุลเอทิลีน (C)₂H₄) ซึ่งมีพันธะก่อมุม 120 °ระหว่างอะตอมและจัดให้มีรูปทรงเรขาคณิตตรีโกณมิติแบบแบน ในกรณีนี้จะมีการสร้างพันธบัตร C-H และ C-C อย่างง่าย (เนื่องจาก sp orbitals)²) และพันธะคู่ C-C (เนื่องจากวงโคจร p) เพื่อสร้างโมเลกุลที่เสถียรที่สุด.

โดยการผสมพันธุ์ sp hybridization วงโคจร "ไฮบริด" สองวงถูกสร้างขึ้นจากวงโคจรที่บริสุทธิ์ 2s และวงโคจร 2p บริสุทธิ์สามวง ด้วยวิธีนี้วงโคจรบริสุทธิ์สองวงถูกสร้างขึ้นที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะสาม.

สำหรับการผสมพันธุ์แบบนี้โมเลกุลอะเซทิลีน (C) จะถูกนำเสนอเป็นตัวอย่าง₂H₂) ซึ่งลิงก์จะทำมุม 180 องศาระหว่างอะตอมและจัดเตรียมเรขาคณิตเชิงเส้น.

สำหรับโครงสร้างนี้มีพันธะ C-H และ C-C อย่างง่าย (เนื่องจาก sp orbitals) และพันธะ C-C สามครั้ง (นั่นคือพันธะ pi สองอันเนื่องจาก p orbitals) เพื่อรับการกำหนดค่าด้วยแรงผลักอิเล็กทรอนิกส์น้อย.

การอ้างอิง

1. การผสมพันธุ์วงโคจร สืบค้นจาก en.wikipedia.org
2. Fox, M. A. และ Whitesell, J. K. (2004) เคมีอินทรีย์ ดึงมาจาก books.google.co.th
3. Carey, F. A. และ Sundberg, R. J. (2000) เคมีอินทรีย์ขั้นสูง: ส่วน A: โครงสร้างและกลไก ดึงมาจาก books.google.co.th
4. Anslyn, E. V. และ Dougherty, D. A. (2006) เคมีอินทรีย์เชิงกายภาพสมัยใหม่. ดึงมาจาก books.google.co.th
5. Mathur, R. B.; Singh, B. P. และ Pande, S. (2016) วัสดุคาร์บอนนาโน: การสังเคราะห์โครงสร้างคุณสมบัติและการใช้งาน ดึงมาจาก books.google.co.th