Hibridizarea chimică este „mix“ al orbitalii atomice, a caror concept a fost introdus de chimistul Linus Pauling in 1931 pentru a acoperi imperfecțiunile teoriei legăturii de valență (TEV). Ce imperfecțiuni? Acestea sunt: geometrii moleculare și lungimile legăturilor echivalente în molecule , cum ar fi metanul (CH 4 ).
Conform TEV, în metan, orbitalele atomice C formează patru legături σ cu patru atomi H. Orbitalele 2p, cu forme de formă (imaginea de jos) a C sunt perpendiculare între ele, deci H ar trebui să fie aproximativ câteva de la alții la un unghi de 90º.
În plus, orbitalul 2 (sferic) al lui C se leagă de orbitalul 1 al lui H la un unghi de 135º față de celelalte trei H. Cu toate acestea, experimental, s-a constatat că unghiurile din CH 4 sunt 109,5º și că În plus, lungimile legăturilor C-H sunt echivalente.
Pentru a explica acest lucru, o combinație a orbitalelor atomice originale trebuie considerată a forma patru orbitali hibrizi degenerați (cu energie egală). Aici intervine hibridizarea chimică. Cum sunt orbitalii hibrizi? Depinde de orbitalele atomice care le generează. De asemenea, aceștia prezintă un amestec cu caracteristicile lor electronice.
Hibridizarea sp
Pentru cazul CH 4 , hibridizarea C este sp 3 . Din această abordare, geometria moleculară este explicată cu patru orbitale sp 3 separate la 109,5º și îndreptate spre vârfurile unui tetraedru.
În imaginea de mai sus, puteți vedea cum orbitalii sp 3 (verzi) stabilesc un mediu electronic tetraedric în jurul atomului (A, care este C pentru CH 4 ).
De ce 109,5º și nu alte unghiuri, pentru a „desena” o geometrie diferită? Motivul se datorează faptului că acest unghi minimizează repulsiile electronice ale celor patru atomi care se leagă de A.
Astfel, CH 4 molecula poate fi reprezentat ca un tetraedru (geometria moleculara tetraedrică).
Dacă în loc de H, C ar forma legături cu alte grupuri de atomi, care ar fi atunci hibridizarea lor? Atâta timp cât carbonul formează patru legături σ (C - A), hibridizarea lor va fi sp 3 .
Se poate presupune că , în consecință , în alți compuși organici , cum ar fi CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (ciclohexan), etc., carbonul are sp 3 hibridizare .
Acest lucru este esențial pentru schițarea structurilor organice, în care carbunii cu legătură unică reprezintă puncte de divergență; adică structura nu rămâne într-un singur plan.
Interpretare
Care este cea mai simplă interpretare pentru aceste orbitale hibride, fără a aborda aspectele matematice (funcțiile de undă)? Orbitalele sp 3 presupun că au fost create de patru orbitali: unul s și trei p.
Deoarece se presupune că combinația acestor orbitali atomici este ideală, cele patru orbitale sp 3 rezultate sunt identice și ocupă orientări diferite în spațiu (cum ar fi în orbitalele p x , p și p z ).
Cele de mai sus sunt aplicabile pentru restul posibilelor hibridizări: numărul de orbitali hibrizi care se formează este același cu cel al orbitalelor atomice care sunt combinate. De exemplu, sp 3 d 2 orbitali hibrizi sunt formați din șase orbitali atomici: unul s, trei p și doi d.
Abateri ale unghiului de legătură
Conform Teoriei de repulsie a perechilor electronice ale cochiliei Valencia (RPECV), o pereche de electroni liberi ocupă mai mult volum decât un atom legat. Acest lucru face ca legăturile să se îndepărteze, reducând tensiunea electronică și deviază unghiurile de la 109,5º:
De exemplu, în molecula de apă, atomii de H sunt legați de orbitalii sp 3 (în verde) și, de asemenea, perechile nepartajate de electroni ":" ocupă acești orbitali.
Repulsiile acestor perechi de electroni sunt de obicei reprezentate ca „două globuri cu ochi”, care, datorită volumului lor, resping cele două legături σ O - H.
Astfel, în apă, unghiurile de legătură sunt de fapt 105º, în loc de 109,5º așteptate pentru geometria tetraedrică.
Ce geometrie are apoi H 2 O? Are o geometrie unghiulară. De ce? Pentru că deși geometria electronică este tetraedrică, două perechi de electroni care nu sunt împărtășiți o distorsionează către o geometrie moleculară unghiulară.
Hibridizarea sp
Când un atom combină două orbitale p și una s, generează trei orbite hibride sp 2 ; cu toate acestea, un orbital p rămâne neschimbat (deoarece există trei dintre ele), ceea ce este reprezentat ca o bară portocalie în imaginea superioară.
Aici, toate cele trei orbitale sp 2 sunt de culoare verde pentru a evidenția diferența lor față de bara portocalie: orbitalul „pur” p.
Un atom cu hibridizare sp 2 poate fi vizualizat ca un etaj trigonal plat (triunghiul desenat cu orbitalele sp 2 colorate în verde), cu vârfurile sale separate de unghiuri de 120º și perpendicular pe o bară.
Și ce rol joacă orbitalul pur p? Cea a formării unei legături duble (=). Orbitalele sp 2 permit formarea a trei legături σ, în timp ce p orbitalul pur o legătură π (o legătură dublă sau triplă implică una sau două legături π).
De exemplu, pentru a trage gruparea carbonil și structura moleculei de formaldehidă (H 2 C = O), se procedează după cum urmează:
Orbitalele sp 2 ale ambelor C și O formează o legătură σ, în timp ce orbitalele lor pure formează o legătură π (dreptunghiul portocaliu).
Se poate observa cum restul grupurilor electronice (atomi de H și perechile de electroni care nu sunt împărtășiți) sunt situate în celelalte orbite sp 2 , separate cu 120º.
Hibridizarea sp
În imaginea superioară este ilustrat un atom cu hibridizare sp. Aici, un orbital s și un p orbital se combină pentru a forma doi orbitali sp degenerați. Cu toate acestea, acum două orbitale p pure rămân neschimbate, care permit A să formeze două legături duble sau o triplă legătură (≡).
Cu alte cuvinte: dacă într-o structură o C respectă cele de mai sus (= C = sau C≡C), atunci hibridizarea sa este sp. Pentru alți atomi mai puțin ilustrați - cum ar fi metalele de tranziție - descrierea geometriilor electronice și moleculare este complicată, deoarece sunt considerate și d și prin f orbitale.
Orbitalele hibride sunt separate la un unghi de 180º. Din acest motiv, atomii legați sunt aranjați într-o geometrie moleculară liniară (BAB). În cele din urmă, în imaginea de mai jos se poate vedea structura anionului de cianură:
Referințe
- Sven. (3 iunie 2006). Sp-Orbitalii. . Preluat pe 24 mai 2018, de pe: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Mai 2002). Lipirea și hibridizarea. Preluat pe 24 mai 2018, de la: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). O comandă rapidă de hibridizare. Preluat pe 24 mai 2018, de la: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Departamentul de Chimie, Universitatea din Calgary. hibridizarea sp3. Preluat pe 24 mai 2018, de la: chem.ucalgary.ca
- Lipirea chimică II: Geometria moleculară și hibridizarea orbitalelor atomice Capitolul 10.. Preluat pe 24 mai 2018, de la: wou.edu
- Quimitube. (2015). Legătură covalentă: Introducere în hibridizarea orbitală atomică. Preluat pe 24 mai 2018, de pe: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (Ediția a patra., P. 51). Mc Graw Hill.