PAG-HYBRID NG KEMIKAL: SP, SP2, SP3 - CHEMISTRY - 2025

Ang hybridization ng kemikal ay ang "halo" ng mga orbital ng atom, na ang konsepto ay ipinakilala ng chemist na si Linus Pauling noong 1931 upang masakop ang mga pagkadidiyenda ng teorya ng valence bond (TEV). Ano ang mga pagkukulang? Ito ay: mga molekular na geometry at katumbas na mga haba ng bono sa mga molekula tulad ng mitein (CH ₄ ).

Ayon sa TEV, sa mitein ang C atomic orbitals ay bumubuo ng apat na σ na bono na may apat na mga atom na H. Ang 2p orbitals, na may mga form na form (ilalim na imahe) ng C ay patayo sa bawat isa, kaya ang H ay dapat iilan mula sa iba sa isang anggulo ng 90º.

Bilang karagdagan, ang 2s (spherical) orbital ng C ay nagbubuklod sa 1s orbital ng H sa isang anggulo ng 135º na may paggalang sa iba pang tatlong H. Gayunpaman, sa eksperimentong ito ay natagpuan na ang mga anggulo sa CH ₄ ay 109.5º at na Bukod dito, ang mga haba ng mga C - H bond ay katumbas.

Upang ipaliwanag ito, ang isang kumbinasyon ng mga orihinal na orbital ng atom ay dapat isaalang-alang upang mabuo ang apat na degenerate na mga orbital na mestiso (ng pantay na enerhiya). Narito ang pag-hybrid ng kemikal ay naglalaro. Ano ang mga hybrid na orbit? Ito ay nakasalalay sa mga orbital ng atom na bumubuo sa kanila. Gayundin, nagpapakita sila ng isang halo ng kanilang mga elektronikong katangian.

Sp hybridization

Para sa kaso ng CH ₄ , ang pag-hybrid ng C ay sp ³ . Mula sa pamamaraang ito, ipinapaliwanag ang molekular na geometry na may apat na sp ³ orbitals na pinaghiwalay sa 109.5º at tumuturo patungo sa mga vertice ng isang tetrahedron.

Sa imahe sa itaas, makikita mo kung paano nagtatag ng sp ³ orbitals (berde) ang isang tetrahedral na elektronikong kapaligiran sa paligid ng atom (A, na kung saan ay C para sa CH ₄ ).

Bakit 109.5º at hindi iba pang mga anggulo, upang "gumuhit" ng ibang geometry? Ang dahilan ay dahil ang anggulo na ito ay nagpapaliit sa mga elektronikong pagtanggi ng apat na atomo na nagbubuklod sa A.

Sa gayon, ang molekula ng CH ₄ ay maaaring kinakatawan bilang isang tetrahedron (tetrahedral molekular na geometry).

Kung, sa halip na H, ang C ay nakabuo ng mga bono sa iba pang mga pangkat ng mga atomo, ano kaya ang kanilang pag-aapriso? Hangga't ang carbon ay bumubuo ng apat na σ na bono (C - A), ang kanilang pag-aanak ay magiging sp ³ .

Maaari itong maisip na sa iba pang mga organikong compound tulad ng CH ₃ OH, CCl ₄ , C (CH ₃ ) ₄ , C ₆ H ₁₂ (cyclohexane), atbp., Ang carbon ay may sp ³ hybridization .

Mahalaga ito para sa pag-sketching ng mga organikong istruktura, kung saan ang mga solong bonded carbons ay kumakatawan sa mga puntos ng pagkakaiba-iba; iyon ay, ang istraktura ay hindi mananatili sa isang solong eroplano.

Pagbibigay kahulugan

Ano ang pinakasimpleng interpretasyon para sa mga hybrid na orbital na hindi tinutugunan ang mga aspeto ng matematika (ang pag-andar ng alon)? Ang sp ³ orbitals ay nagpapahiwatig na sila ay nagmula ng apat na orbit: isa s at tatlong p.

Dahil ang kumbinasyon ng mga orbit na atom na ito ay ipinapalagay na maging perpekto, ang nagreresulta sa apat na sp ³ orbitals ay magkapareho at sakupin ang iba't ibang mga orientation sa espasyo (tulad ng sa p _x , p, _at p _z orbitals ).

Ang nasa itaas ay naaangkop para sa natitirang mga posibleng mga hybridisasyon: ang bilang ng mga hybrid na orbital na nabuo ay pareho sa bilang ng mga orbit na atom na pinagsama. Halimbawa, ang sp ³ d ² hybrid orbitals ay nabuo mula sa anim na mga orbit ng atom: isa s, tatlong p at dalawang d.

Mga anggulo ng bono ng anggulo

Ayon sa Repulsion Theory of Electronic Pairs of the Valencia Shell (RPECV), ang isang pares ng mga libreng elektron ay sumasakop ng mas maraming dami kaysa sa isang bonded atom. Ito ay nagiging sanhi ng mga link na magkahiwalay, bawasan ang electronic boltahe at lumihis sa mga anggulo mula 109.5º:

Halimbawa, sa molekula ng tubig ang mga H atoms ay nakabubuklod sa sp ³ orbitals (sa berde), at pati na rin ang mga hindi pantay na pares ng mga electron ":" sinakop ang mga orbital na ito.

Ang mga pagtanggi ng mga pares na ito ng mga electron ay karaniwang kinakatawan bilang "dalawang globes na may mga mata", na, dahil sa kanilang dami, itinataboy ang dalawang bonds O - H bond.

Sa gayon, sa tubig ang mga anggulo ng bono ay aktwal na 105º, sa halip na 109.5º inaasahan para sa tetrahedral geometry.

Ano ang geometry pagkatapos ng H ₂ O? Mayroon itong isang anggular na geometry. Bakit? Sapagkat bagaman ang elektronikong geometry ay tetrahedral, ang dalawang pares ng mga hindi ibinahagi na mga electron ay lumiko ito sa isang anggular na molekular na geometry.

Sp hybridization

Kapag pinagsama ng isang atom ang dalawang orbital ng p at isang s, bumubuo ito ng tatlong sp ² hybrid orbitals ; gayunpaman, ang isang p orbital ay nananatiling hindi nagbabago (dahil may tatlo sa kanila), na kung saan ay kinakatawan bilang isang orange bar sa itaas na imahe.

Dito, ang lahat ng tatlong sp ² orbitals ay may kulay na berde upang i-highlight ang kanilang pagkakaiba mula sa orange bar: ang "purong" p orbital.

Ang isang atom na may sp ² hybridization ay maaaring mailarawan bilang isang flat trigonal floor (ang tatsulok na iginuhit gamit ang sp ² orbitals na kulay berde), na ang mga vertices nito ay pinaghiwalay ng mga anggulo ng 120º at patayo sa isang bar.

At ano ang papel na ginagampanan ng purong p orbital? Iyon ng pagbuo ng isang dobleng bono (=). Pinapayagan ng sp ² orbitals ang pagbuo ng tatlong σ bond, habang ang purong p orbital isa π bond (isang doble o triple bond ay nagsasangkot ng isa o dalawang π na bono).

Halimbawa, upang iguhit ang pangkat na carbonyl at ang istraktura ng formaldehyde molekula (H ₂ C = O), magpatuloy tulad ng sumusunod:

Ang sp ² orbitals ng parehong C at O ​​ay bumubuo ng isang σ bond, habang ang kanilang purong orbitals ay bumubuo ng isang π bond (ang orange na parihaba).

Makikita kung paano ang natitirang bahagi ng mga electronic na grupo (H atoms at ang mga pares ng mga electron na hindi ibinahagi) ay matatagpuan sa iba pang mga sp ² orbitals , na pinaghiwalay ng 120º.

Sp hybridization

Sa itaas na imahe ang isang atom na may sp hybridization ay inilalarawan. Dito, ang isang s orbital at isang p orbital na pinagsama upang makabuo ng dalawang degenerate sp orbitals. Gayunpaman, ngayon dalawang dalisay na p orbitals ang nananatiling hindi nagbabago, na nagpapahintulot sa A na bumubuo ng dalawang dobleng bono o isang triple bond (≡).

Sa madaling salita: kung sa isang istraktura ang isang C ay sumusunod sa itaas (= C = o C≡C), kung gayon ang hybridization nito ay sp. Para sa iba pang hindi gaanong nakalarawan na mga atom - tulad ng mga metal na paglipat - ang paglalarawan ng mga electronic at molekular na geometry ay kumplikado dahil ang mga d at orbital ng f ay isinasaalang-alang din.

Ang mga hybrid na orbit ay pinaghiwalay sa isang anggulo ng 180º. Para sa kadahilanang ito ang naka-bonding na mga atom ay nakaayos sa isang linear molekular na geometry (BAB). Sa wakas, sa imahe sa ibaba ng istraktura ng cyanide anion ay makikita:

Mga Sanggunian

1. Sven. (Hunyo 3, 2006). Sp-Orbitals. . Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Mga Bangko. (Mayo 2002). Pag-bonding at Hybridization. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Isang Shortcut ng Hybridization. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: masterorganicchemistry.com
4. Ian Hunt. Kagawaran ng Chemistry, University of Calgary. sp3 hybridization. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: chem.ucalgary.ca
5. Chemical Bonding II: Molekular na Geometry at Hybridization ng Atomic Orbitals Kabanata 10.. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Covalent Bonding: Panimula sa Atomic Orbital Hybridization. Nakuha noong Mayo 24, 2018, mula sa: quimitube.com
7. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon., P. 51). Mc Graw Hill.