Chemical Hybridization sp, sp2, sp3

การผสมทางเคมี เป็น "ส่วนผสม" ของอะตอมวงโคจรซึ่งแนวคิดของนักเคมีได้รับการแนะนำให้รู้จักกับ Linus Pauling ในปี 1931 เพื่อปกปิดข้อบกพร่องของทฤษฎีของ Link of Valencia (TEV) ความไม่สมบูรณ์แบบคืออะไร? รูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลและความยาวลิงก์ที่เท่ากันในโมเลกุลเช่นมีเธน (CH)₄).

ตาม TEV ในมีเธนอะตอมของ orbitals ของ C ก่อตัวเป็น 4 σ bond กับ H H 4 อะตอม orbitals 2p ที่มี formas form (ภาพล่าง) ของ C นั้นตั้งฉากกัน ของคนอื่น ๆ ในมุม90º.

ยิ่งไปกว่านั้น 2s (ทรงกลม) การโคจรของ C เชื่อมโยงกับ 1s การโคจรของ H ที่มุม135ºเทียบกับอีกสาม Hs อย่างไรก็ตามมันได้รับการทดลองพบว่ามุมใน CH₄ อยู่ที่109.5ºและนอกจากนี้ความยาวของพันธะ C-H นั้นเทียบเท่ากัน.

เพื่ออธิบายสิ่งนี้การรวมกันของ orbitals ปรมาณูเดิมจะต้องพิจารณาในรูปแบบ orbitals ไฮบริดสี่เสื่อม (พลังงานเท่ากัน) เคมีเคมีที่นี่มา orbitals แบบผสมคืออะไร? มันขึ้นอยู่กับ orbitals อะตอมที่สร้างพวกเขา พวกเขายังแสดงให้เห็นถึงการผสมผสานของลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์ของเหล่านี้.

ดัชนี

• การผสมข้ามพันธุ์ 1 sp3
  • 1.1 การตีความ
  • 1.2 การเบี่ยงเบนของมุมเชื่อมโยง
• 2 Hybridization sp2
• 3 Hybridization sp
• 4 อ้างอิง

พันธุ์ลูกผสม³

ในกรณีของ CH₄, การผสมพันธุ์ของ C คือ sp³. จากวิธีการนี้เรขาคณิตโมเลกุลจะอธิบายด้วยวงโคจรสี่ sp³ แยกกันที่109.5ºและชี้ไปยังจุดยอดของจัตุรมุข.

ในภาพด้านบนคุณจะเห็นว่า sp orbitals³ (สีเขียว) สร้างสภาพแวดล้อมอิเล็คทรอนิคส์ทรงกระบอกรอบอะตอม (A ซึ่งคือ C สำหรับ CH₄).

ทำไม109.5ºและไม่ใช่มุมอื่น ๆ เพื่อที่จะ "วาด" เรขาคณิตที่แตกต่างกัน? เหตุผลก็คือมุมนี้จะลดแรงผลักทางอิเลคโทรนิคส์ของอะตอมทั้งสี่ที่เชื่อมโยงกับ A.

ด้วยวิธีนี้โมเลกุล CH₄ สามารถแสดงเป็นจัตุรมุข (รูปทรงเรขาคณิตโมเลกุลของจัตุรมุข).

ถ้าแทนที่จะเป็น H, C ได้สร้างการเชื่อมโยงกับอะตอมกลุ่มอื่น ๆ แล้วจะมีการผสมพันธุ์กันอย่างไร ตราบใดที่คาร์บอนกลายเป็นพันธะสี่ตัว (C-A) การผสมพันธุ์ของมันจะเป็น³.

สามารถสันนิษฐานได้ว่าในสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ เช่น CH₃โอ้ CCl₄, ค (CH₃)₄, C₆H₁₂ (ไซโคลเฮกเซน) เป็นต้นคาร์บอนมีการผสมพันธุ์ sp³.

นี่เป็นพื้นฐานในการร่างโครงสร้างอินทรีย์ที่ซึ่งคาร์บอนที่มีพันธะอย่างง่ายเป็นตัวแทนของจุดต่าง ๆ นั่นคือโครงสร้างไม่ได้อยู่ในระนาบเดียว.

การตีความ

การตีความที่ง่ายที่สุดสำหรับวงโคจรไฮบริดเหล่านี้คืออะไรโดยไม่ต้องพูดถึงด้านคณิตศาสตร์ (ฟังก์ชั่นคลื่น) sp orbitals³ บอกเป็นนัยว่าพวกมันมีต้นกำเนิดมาจากวงโคจรสี่วง: หนึ่งและสาม p.

เนื่องจากการรวมกันของ orbitals ปรมาณูเหล่านี้ควรจะเป็นอุดมคติอุดมคติวงโคจรทั้งสี่ sp³ ผลลัพธ์ที่ได้จะเหมือนกันและครอบครองการวางแนวที่แตกต่างกันในอวกาศ (เช่นใน orbitals p_x, พี_และ และ p_Z).

ด้านบนใช้กับส่วนที่เหลือของการผสมพันธุ์ที่เป็นไปได้: จำนวนของวงโคจรลูกผสมที่เกิดขึ้นนั้นเหมือนกับของวงโคจรอะตอมแบบรวม ตัวอย่างเช่น sp hybrid orbitals³d² มันถูกสร้างขึ้นจาก orbitals หกอะตอม: หนึ่ง s, สามและสอง d.

การเบี่ยงเบนของมุมเชื่อมโยง

ตามทฤษฎีการขับไล่ของคู่อิเลคทรอนิกส์ของเลเยอร์บาเลนเซีย (VSEPR) อิเล็กตรอนอิสระคู่หนึ่งมีปริมาตรมากกว่าอะตอมที่เชื่อมโยง สิ่งนี้ทำให้เกิดการเชื่อมโยงที่จะย้ายออกจากกันลดความตึงเครียดทางอิเล็กทรอนิกส์และเบี่ยงเบนมุม109.5º:

ตัวอย่างเช่นในโมเลกุลของน้ำอะตอม H ถูกผูกไว้กับ sp orbitals³ (เป็นสีเขียว) และคู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกัน ":" ครอบครองวงโคจรเหล่านี้.

แรงขับของอิเลคตรอนคู่เหล่านี้มักจะถูกแทนด้วย "สองลูกโลกด้วยตา" ซึ่งเนื่องจากปริมาตรของมันจะขับไล่พันธะทั้งสองออกไปσ O-H.

ดังนั้นในน้ำมุมของการเชื่อมโยงนั้นมีค่า105ºจริง ๆ แทนที่จะเป็น109,5ºที่คาดไว้สำหรับรูปทรงเรขาคณิต tetrahedral.

H ทรงเรขาคณิตแบบใด₂O? มันมีเรขาคณิตเชิงมุม ทำไม? เพราะถึงแม้ว่ารูปทรงอิเล็คทรอนิคส์คือ tetrahedral อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกันสองคู่จะเบี่ยงเบนไปจากรูปทรงเรขาคณิตโมเลกุลเชิงมุม.

พันธุ์ลูกผสม²

เมื่ออะตอมรวมวงโคจรสอง p และหนึ่ง s มันจะสร้างวงโคจรลูกผสม sp สามอัน²; อย่างไรก็ตามวงโคจร p ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (เพราะเป็นสาม) ซึ่งแสดงเป็นแถบสีส้มในภาพด้านบน.

ที่นี่สามวงโคจร sp² พวกเขาเป็นสีเขียวเพื่อเน้นความแตกต่างจากแถบสีส้ม: วงโคจรที่ "บริสุทธิ์".

อะตอมที่มี sp hybridization² สามารถมองเห็นได้เป็นพื้นตรีโกณมิติแบน (สามเหลี่ยมวาดด้วย sp orbitals² สีเขียว) โดยมีจุดยอดคั่นด้วยมุม120ºและตั้งฉากกับบาร์.

และวง p บริสุทธิ์นั้นมีบทบาทอย่างไร? ของการสร้างพันธะคู่ (=) sp orbitals² อนุญาตให้มีการก่อตัวของสามσพันธบัตรในขณะที่บริสุทธิ์วงโคจร a πพันธบัตร (พันธบัตรสองหรือสามหมายถึงหนึ่งหรือสอง two พันธบัตร).

ตัวอย่างเช่นการวาดกลุ่มคาร์บอนิลและโครงสร้างของโมเลกุลฟอร์มัลดีไฮด์ (H₂C = O) ดำเนินการดังนี้:

sp orbitals² ทั้ง C และ O สร้างพันธะσในขณะที่วงโคจรที่บริสุทธิ์ของพวกมันก่อตัวเป็นพันธะπ (สี่เหลี่ยมผืนผ้าสีส้ม).

จะเห็นได้ว่าส่วนที่เหลือของกลุ่มอิเล็กทรอนิกส์ (H อะตอมและคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกัน) ตั้งอยู่ในวงโคจร sp อื่น ๆ², คั่นด้วย120º.

พันธุ์ลูกผสม

ภาพด้านบนแสดงอะตอม A พร้อม sp hybridization ที่นี่วงโคจรและวงโคจร p รวมกันเพื่อสร้างวงโคจร sp สองวงเสื่อม อย่างไรก็ตามตอนนี้วงโคจรบริสุทธิ์สองวงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงซึ่งทำให้ A สามารถสร้างพันธะคู่ได้สองครั้งหรือสามเท่า (().

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ถ้าในโครงสร้าง C เป็นไปตามข้างบน (= C = หรือC≡C) ดังนั้นการผสมพันธุ์ของมันคือ sp สำหรับอะตอมที่มีรูปร่างน้อยอื่น ๆ เช่นโลหะทรานซิชันคำอธิบายของรูปทรงเรขาคณิตอิเล็กทรอนิกส์และโมเลกุลนั้นซับซ้อนเนื่องจากวงโคจร d และแม้แต่วงโคจร f ก็ถูกพิจารณาเช่นกัน.

orbitals ไฮบริดจะถูกคั่นด้วยมุม180º ด้วยเหตุนี้อะตอมที่ถูกเชื่อมโยงจึงถูกจัดเรียงในเรขาคณิตโมเลกุลเชิงเส้น (B-A-B) สุดท้ายในภาพด้านล่างคุณจะเห็นโครงสร้างของประจุลบไซยาไนด์:

การอ้างอิง

1. สเวน (3 มิถุนายน 2549). S-p orbitals. [รูป] สืบค้นเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (พฤษภาคม 2545). พันธะและการผสมพันธุ์. สืบค้นเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: chemistry.boisestate.edu
3. เจมส์ (2018). ทางลัดไฮบริด. สืบค้นเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: masterorganicchemistry.com
4. ดร. เอียนฮัน ภาควิชาเคมีมหาวิทยาลัยคาลการี. การผสมลูกผสม sp3. สืบค้นเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: chem.ucalgary.ca
5. การยึดเกาะด้วยสารเคมี II: เรขาคณิตระดับโมเลกุลและการผสมพันธุ์ของอะตอมของอะตอมตอนที่ 10 [PDF] สืบค้นเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: wou.edu
6. Quimitube (2015). พันธะโควาเลนต์: รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการผสมพันธุ์ของวงโคจรปรมาณู. สืบค้นเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: quimitube.com
7. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์ (ฉบับที่สี่, หน้า 51) Mc Graw Hill.