- Sp-hybridisatie
- Interpretatie
- Afwijkingen van de bindingshoek
- Sp-hybridisatie
- Sp-hybridisatie
- Referenties
De chemische hybridisatie is de "mix" van de atomaire orbitalen, waarvan het concept in 1931 werd geïntroduceerd door chemicus Linus Pauling om onvolkomenheden van de theorie van de valentiebinding (TEV) te dekken. Welke onvolkomenheden? Dit zijn: moleculaire geometrieën en equivalente bindingslengtes in moleculen zoals methaan (CH 4 ).
Volgens TEV vormen de C-atomaire orbitalen in methaan vier σ-bindingen met vier H-atomen. De 2p-orbitalen, met formasvormen (afbeelding onderaan) van C staan loodrecht op elkaar, dus de H zou een paar moeten zijn van anderen in een hoek van 90º.
Bovendien bindt de 2s (bolvormige) orbitaal van C aan de 1s-orbitaal van H onder een hoek van 135º ten opzichte van de andere drie H. Experimenteel is echter gevonden dat de hoeken in CH 4 109,5º zijn en dat Bovendien zijn de lengtes van de C - H-bindingen equivalent.
Om dit uit te leggen, moet een combinatie van de oorspronkelijke atomaire orbitalen worden beschouwd als vier gedegenereerde hybride orbitalen (van gelijke energie). Hier komt chemische hybridisatie om de hoek kijken. Hoe zijn hybride orbitalen? Het hangt af van de atomaire orbitalen die ze genereren. Ze vertonen ook een mix van hun elektronische kenmerken.
Sp-hybridisatie
Voor het geval van CH 4 is de hybridisatie van C sp 3 . Vanuit deze benadering wordt de moleculaire geometrie verklaard met vier sp 3 orbitalen gescheiden op 109,5º en wijzend naar de hoekpunten van een tetraëder.
In de bovenste afbeelding is te zien hoe de sp 3 orbitalen (groen) een tetraëdrische elektronische omgeving creëren rond het atoom (A, wat C is voor CH 4 ).
Waarom 109,5 ° en geen andere hoeken, om een andere geometrie te "tekenen"? De reden hiervoor is dat deze hoek de elektronische afstoting van de vier atomen die aan A binden, minimaliseert.
Dus de CH 4 molecuul kan worden voorgesteld als een tetraëder (tetraëdrische molecuulgeometrie).
Als C in plaats van H bindingen zou vormen met andere groepen atomen, wat zou dan hun hybridisatie zijn? Zolang de koolstof vier σ-bindingen (C - A) vormt, zal hun hybridisatie sp 3 zijn .
Bijgevolg kan worden aangenomen dat andere organische verbindingen zoals CH 3 OH, CCI 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (cyclohexaan), enz., De koolstof sp 3 -hybridisatie .
Dit is essentieel voor het schetsen van organische structuren, waarbij enkelvoudig gebonden koolstofatomen divergentiepunten vertegenwoordigen; dat wil zeggen, de structuur blijft niet in een enkel vlak.
Interpretatie
Wat is de eenvoudigste interpretatie voor deze hybride orbitalen zonder de wiskundige aspecten (de golffuncties) aan te pakken? De sp 3- orbitalen impliceren dat ze zijn ontstaan door vier orbitalen: één s en drie p.
Vanwege de combinatie van deze atoomorbitalen wordt verondersteld ideaal, de resulterende vier sp 3 orbitalen gelijk en nemen verschillende oriëntaties in de ruimte (zoals in de p x , p, en p z orbitalen ).
Bovenstaande geldt voor de rest van de mogelijke hybridisaties: het aantal hybride orbitalen dat wordt gevormd is gelijk aan dat van de atomaire orbitalen die worden gecombineerd. Sp 3 d 2 hybride orbitalen worden bijvoorbeeld gevormd uit zes atomaire orbitalen: één s, drie p en twee d.
Afwijkingen van de bindingshoek
Volgens de Valencia Shell Electronic Pair Theory of Repulsion (RPECV) neemt een paar vrije elektronen meer volume in dan een gebonden atoom. Hierdoor bewegen de schakels uit elkaar, waardoor de elektronische spanning afneemt en de hoeken afwijken van 109,5º:
In het watermolecuul zijn de H-atomen bijvoorbeeld gebonden aan de sp 3- orbitalen (in groen), en ook de niet-gedeelde elektronenparen ":" bezetten deze orbitalen.
De afstotingen van deze elektronenparen worden meestal weergegeven als "twee bollen met ogen", die vanwege hun volume de twee σ O - H-bindingen afstoten.
In water zijn de bindingshoeken dus eigenlijk 105º, in plaats van de 109,5º die verwacht wordt voor tetraëdrische geometrie.
Welke geometrie heeft H 2 O dan? Het heeft een hoekige geometrie. Waarom? Omdat hoewel de elektronische geometrie tetraëdrisch is, twee paar niet-gedeelde elektronen deze vervormen tot een hoekige moleculaire geometrie.
Sp-hybridisatie
Wanneer een atoom twee p- en één s-orbitalen combineert, genereert het drie sp 2 hybride orbitalen ; één p-orbitaal blijft echter ongewijzigd (omdat er drie zijn), die wordt weergegeven als een oranje balk in de bovenste afbeelding.
Hier zijn alle drie de sp 2- orbitalen groen gekleurd om hun verschil met de oranje balk te benadrukken: de "pure" p-orbitaal.
Een atoom met sp 2- hybridisatie kan worden gevisualiseerd als een vlakke trigonale vloer (de driehoek getekend met de sp 2- orbitalen groen gekleurd), met zijn hoekpunten gescheiden door hoeken van 120 ° en loodrecht op een staaf.
En welke rol speelt de zuivere p-orbitaal? Dat van het vormen van een dubbele binding (=). De sp 2- orbitalen maken de vorming van drie σ-bindingen mogelijk, terwijl de zuivere p-orbitale een π-binding (een dubbele of drievoudige binding omvat een of twee π-bindingen).
Ga bijvoorbeeld als volgt te werk om de carbonylgroep en de structuur van het formaldehydemolecuul (H 2 C = O) te tekenen :
De sp 2- orbitalen van zowel C als O vormen een σ-binding, terwijl hun pure orbitalen een π-binding vormen (de oranje rechthoek).
Het is te zien hoe de rest van de elektronische groepen (H-atomen en de elektronenparen die niet worden gedeeld) zich bevinden in de andere sp 2- orbitalen , gescheiden door 120º.
Sp-hybridisatie
In de bovenste afbeelding wordt een A-atoom met sp-hybridisatie geïllustreerd. Hier combineren een s orbitaal en een p-orbitaal om twee gedegenereerde sp-orbitalen te vormen. Nu blijven twee zuivere p-orbitalen echter ongewijzigd, waardoor A twee dubbele bindingen of één drievoudige binding (≡) kan vormen.
Met andere woorden: als in een structuur een C voldoet aan het bovenstaande (= C = of C≡C), dan is zijn hybridisatie sp. Voor andere, minder illustratieve atomen - zoals overgangsmetalen - is de beschrijving van elektronische en moleculaire geometrieën gecompliceerd omdat ook de d en tot en met f orbitalen in aanmerking worden genomen.
De hybride orbitalen zijn gescheiden onder een hoek van 180º. Om deze reden zijn de gebonden atomen gerangschikt in een lineaire moleculaire geometrie (BAB). Ten slotte is in de onderstaande afbeelding de structuur van het cyanide-anion te zien:
Referenties
- Sven. (3 juni 2006). Sp-Orbitalen. . Opgehaald op 24 mei 2018, van: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Mei 2002). Binding en hybridisatie. Opgehaald op 24 mei 2018, van: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Een snelkoppeling voor hybridisatie. Opgehaald op 24 mei 2018, van: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Afdeling Chemie, Universiteit van Calgary. sp3-hybridisatie. Opgehaald op 24 mei 2018, van: chem.ucalgary.ca
- Chemische binding II: moleculaire geometrie en hybridisatie van atomaire orbitalen Hoofdstuk 10 .. Opgehaald op 24 mei 2018, van: wou.edu
- Quimitube. (2015). Covalente binding: inleiding tot atomaire orbitale hybridisatie. Opgehaald op 24 mei 2018, van: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde editie., P. 51). Mc Graw Hill.