Kimyasal melezleştirme olan konsept değerlik bağı (TEV) teorisinin kusurları karşılamak için 1931 yılında kimyager Linus Pauling'den tarafından tanıtılan atom orbitaller, bir "karışımı" dir. Hangi kusurlar? Bunlar: moleküler geometriler ve metan (CH 4 ) gibi moleküllerde eşdeğer bağ uzunluklarıdır .
TEV'ye göre, metanda C atomik orbitalleri dört H atomu ile dört σ bağı oluşturur.C'nin formas şekilleriyle (alttaki resim) 2p orbitalleri birbirine diktir, bu nedenle H birkaç olmalıdır diğerlerinden 90 derecelik bir açıyla.
Ek olarak, C'nin 2s (küresel) yörüngesi, diğer üç H'ye göre 135º'lik bir açıyla H'nin 1s yörüngesine bağlanır.Ancak deneysel olarak, CH 4'teki açıların 109.5º olduğu ve Ayrıca, C - H bağlarının uzunlukları eşdeğerdir.
Bunu açıklamak için, orijinal atomik orbitallerin bir kombinasyonunun dört dejenere hibrit orbital (eşit enerjili) oluşturduğu düşünülmelidir. Burada kimyasal hibridizasyon devreye giriyor. Hibrit orbitaller nasıldır? Onları oluşturan atomik orbitallere bağlıdır. Ayrıca, elektronik özelliklerinin bir karışımını sergilerler.
Sp hibridizasyonu
CH durum için 4 , C hibridizasyon sp 3 . Bu yaklaşımdan, moleküler geometri, 109.5º'de ayrılmış ve bir tetrahedronun köşelerine işaret eden dört sp 3 orbitaliyle açıklanır .
Üstteki görüntüde sp 3 orbitallerinin (yeşil) atom etrafında dört yüzlü bir elektronik ortamı nasıl oluşturduğu görülebilir (A, CH 4 için C'dir ).
Neden farklı bir geometri "çizmek" için başka açılardan değil de 109.5º? Bunun nedeni, bu açının A'ya bağlanan dört atomun elektronik itmelerini en aza indirmesidir.
Bu nedenle, CH 4 molekülü bir tetrahedron (yüzlü molekül geometrisi) olarak temsil edilebilir.
H yerine C, diğer atom gruplarıyla bağ kurarsa, hibridizasyonları ne olur? Karbon dört σ bağı (C - A) oluşturduğu sürece, hibridizasyonları sp 3 olacaktır .
Sonuç, CH gibi diğer organik bileşikler varsayılabilir 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , Cı- 6 , H 12 gibi (sikloheksan), karbon, bir sp sahip 3 hibridizasyon .
Bu, tek bağlı karbonların ıraksama noktalarını temsil ettiği organik yapıların taslağını çizmek için gereklidir; yani yapı tek bir düzlemde kalmaz.
yorumlama
Matematiksel yönleri (dalga fonksiyonları) ele almadan bu hibrit orbitaller için en basit yorum nedir? Sp 3 orbitalleri , bunların dört orbitalden kaynaklandığını ima eder: bir s ve üç p.
Bu atomik orbitallerin kombinasyonunun ideal olduğu varsayıldığından, ortaya çıkan dört sp 3 orbitali aynıdır ve uzayda farklı yönelimleri işgal eder (p x , p ve p z orbitallerinde olduğu gibi ).
Yukarıdakiler, olası hibridizasyonların geri kalanı için geçerlidir: oluşan hibrit orbitallerin sayısı, birleştirilen atomik orbitallerin sayısı ile aynıdır. Örneğin, sp 3 d 2 hibrit orbitaller altı atomik orbitalden oluşur: bir s, üç p ve iki d.
Bağ açısı sapmaları
Valencia Kabuğunun Elektronik Çiftlerinin İtme Teorisine (RPECV) göre, bir çift serbest elektron, bağlı bir atomdan daha fazla hacim kaplar. Bu, bağlantıların birbirinden ayrılmasına, elektronik voltajın düşmesine ve açıların 109.5º'den sapmasına neden olur:
Örneğin, su molekülünde H atomları sp 3 orbitallerine (yeşil renkte) bağlıdır ve benzer şekilde paylaşılmamış elektron çiftleri “:” bu orbitalleri işgal eder.
Bu elektron çiftlerinin itmeleri genellikle hacimleri nedeniyle iki σ O - H bağını iten “gözlü iki küre” olarak temsil edilir.
Böylece, suda bağ açıları, tetrahedral geometri için beklenen 109.5º yerine, aslında 105º'dir.
O halde H 2 O hangi geometriye sahiptir? Açısal bir geometriye sahiptir. Neden? Çünkü elektronik geometri dört yüzlü olmasına rağmen, paylaşılmayan iki çift elektron onu açısal bir moleküler geometriye çevirir.
Sp hibridizasyonu
Bir atom birleştiren iki p ve one s orbitaller, üç sp oluşturduğunda 2 hibrid orbitalleri ; ancak, üst görüntüde turuncu bir çubuk olarak gösterilen bir p yörünge değişmeden kalır (çünkü üç tane vardır).
Burada, üç sp 2 orbitalinin tümü, turuncu çubuktan farklarını vurgulamak için yeşil renktedir: "saf" p orbitali.
Sp 2 hibridizasyonuna sahip bir atom , köşeleri 120º açılarla ayrılmış ve bir çubuğa dik olan düz bir trigonal taban ( yeşil renkli sp 2 orbitalleriyle çizilmiş üçgen) olarak görselleştirilebilir .
Ve saf p orbitalinin rolü nedir? Bir çift bağ oluşturma (=). Sp 2 orbitalleri , üç σ bağının oluşumuna izin verirken, saf p orbital bir π bağı (bir çift veya üçlü bağ bir veya iki π bağı içerir).
Örneğin, karbonil grubunu ve formaldehit molekülünün yapısını (H 2 C = O) çizmek için aşağıdaki şekilde devam edin:
Hem C hem de O'nun sp 2 orbitalleri bir σ bağı oluştururken, saf orbitalleri bir π bağı (turuncu dikdörtgen) oluşturur.
Geri kalan elektronik grupların (H atomları ve paylaşılmayan elektron çiftleri) 120º ile ayrılmış diğer sp 2 orbitallerinde nasıl konumlandıkları görülebilir .
Sp hibridizasyonu
Üstteki resimde sp hibridizasyonlu bir A atomu gösterilmektedir. Burada, bir orbital ve bir p orbital, iki dejenere sp orbital oluşturmak için birleşir. Bununla birlikte, şimdi iki saf p orbitali değişmeden kalır, bu da A'nın iki çift bağ veya bir üçlü bağ (≡) oluşturmasına izin verir.
Başka bir deyişle: bir yapıda bir C yukarıdakine (= C = veya C≡C) uyuyorsa, hibridizasyonu sp'dir. Diğer daha az açıklayıcı atomlar için - geçiş metalleri gibi - elektronik ve moleküler geometrilerin tanımı karmaşıktır çünkü d ve through f orbitalleri de dikkate alınır.
Hibrit orbitaller 180º'lik bir açıyla ayrılmıştır. Bu nedenle, bağlı atomlar doğrusal bir moleküler geometri (BAB) şeklinde düzenlenir. Son olarak aşağıdaki resimde siyanür anyonunun yapısı görülebilir:
Referanslar
- Sven. (3 Haziran 2006). Sp-Orbitalleri. . 24 Mayıs 2018'de commons.wikimedia.org adresinden alındı.
- Richard C. Banks. (Mayıs 2002). Bağlanma ve Hibridizasyon. 24 Mayıs 2018'de, chemistry.boisestate.edu'dan alındı
- James. (2018). Bir Hibridizasyon Kısayolu. 24 Mayıs 2018'de, masterorganicchemistry.com adresinden alındı
- Ian Hunt. Kimya Bölümü, Calgary Üniversitesi. sp3 hibridizasyonu. 24 Mayıs 2018'de chem.ucalgary.ca adresinden alındı
- Kimyasal Bağ II: Moleküler Geometri ve Atomik Orbitallerin Hibridizasyonu Bölüm 10 .. 24 Mayıs 2018'de wou.edu adresinden alındı
- Quimitube. (2015). Kovalent Bağlama: Atomik Orbital Hibridizasyonuna Giriş. 24 Mayıs 2018 tarihinde quimitube.com adresinden alındı
- Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı, S. 51). Mc Graw Hill.