Typ hybrydyzacji atomowej

W procesie określania kształtu geometrycznego cząstki chemicznej należy wziąć pod uwagę, że pary elektronów walencyjnych głównego atomu, w tym te, które nie tworzą wiązania chemicznego, są odległe od siebie w przestrzeni.

Cechy tego terminu

Biorąc pod uwagę kwestię dotyczącą kowalencyjności wiązanie chemiczne często używano pojęcia hybrydyzacji orbitali atomowych. Termin ten związany jest z wyrównaniem formy i energii. Hybrydyzacja orbitali atomowych wiąże się z kwantowym procesem chemicznej restrukturyzacji. Orbitale w porównaniu z oryginalnymi atomami mają inną strukturę. Istota hybrydyzacji polega na tym, że elektron znajdujący się obok jądra związanego atomu jest określany nie przez konkretną orbitę atomową, ale przez ich połączenie z równą główną liczbą kwantową. Zasadniczo proces ten dotyczy wyższych orbitali energetycznych z elektronami.

Specyfika procesu

Rodzaje hybrydyzacji atomów w cząsteczkach zależą od orientacji nowych orbitali. W zależności od rodzaju hybrydyzacji można wyznaczyć geometrię jonu lub cząsteczki, aby przyjąć cechy właściwości chemicznych.

Rodzaje hybrydyzacji

Ten typ hybrydyzacji, taki jak sp, jest strukturą liniową, kąt pomiędzy wiązaniami wynosi 180 stopni. Przykładem cząsteczki o podobnej opcji hybrydyzacji jest BeCl ₂ .

Następnym rodzajem hybrydyzacji jest sp ² . Cząsteczki charakteryzują się trójkątnym kształtem, kąt pomiędzy wiązaniami wynosi 120 stopni. Typowym przykładem takiego wariantu hybrydyzacji jest BCl3.

Typ hybrydyzacji sp3 sugeruje strukturę tetraedryczną cząsteczki, typowym przykładem substancji z tą opcją hybrydyzacji jest cząsteczka metanu CH4. Kąt wartościowości w tym przypadku wynosi 109 stopni i 28 minut.

Nie tylko pary elektronów, ale także nieseparowane pary elektronów są bezpośrednio zaangażowane w hybrydyzację.

Hybrydyzacja w cząsteczce wody

Na przykład w cząsteczce wody pomiędzy atomem tlenu i atomami wodoru są dwa kowalencyjne wiązania polarne. Ponadto sam atom tlenu ma dwie pary zewnętrznych elektronów, które nie uczestniczą w tworzeniu wiązania chemicznego. Te 4 pary elektronów w przestrzeni zajmują określone miejsce wokół atomu tlenu. Ponieważ wszystkie mają ten sam ładunek, odpychają się nawzajem w przestrzeni, chmury elektronów znajdują się w znacznej odległości od siebie. Rodzaj hybrydyzacji atomów w danej substancji implikuje zmianę kształtu orbitali atomowych, są one wyciągane i wyrównane do wierzchołków czworościanu. W wyniku tego cząsteczka wody nabiera kształtu kątowego, a pomiędzy wiązaniem tlen-wodór kąt wartościowości wynosi 104,5 °.

Aby przewidzieć typ hybrydyzacji, można użyć mechanizmu donor-akceptor do tworzenia wiązań chemicznych. W wyniku tego zachodzi nakładanie się wolnych orbitali elementu o niższej elektroujemności, jak również orbitali elementu o większej elektrycznej negatywności, na którym znajduje się para elektronów. W trakcie kompilacji konfiguracja elektroniczna atom bierze pod uwagę stopień ich utlenienia.

Zasady identyfikacji typu hybrydyzacji

Aby określić rodzaj hybrydyzacji węgla, można zastosować pewne zasady:

• ujawnić centralny atom, obliczyć liczbę wiązań σ;
• włożyć cząstkę o stopniu utlenienia atomów;
• rejestrowanie konfiguracji elektronowej głównego atomu w pożądanym stopniu utlenienia;
• sporządzić diagram rozkładu elektronów walencyjnych w orbitalach, parując elektrony;
• emitują orbitale, które bezpośrednio uczestniczą w tworzeniu wiązania, znajdują niesparowane elektrony (jeśli liczba orbitali wartościowości jest niewystarczająca do hybrydyzacji, orbitale następujących poziom energii).

Geometria cząsteczki zależy od typu hybrydyzacji. Obecność wiązań pi nie ma na nie wpływu. W przypadku dodatkowego wiązania możliwa jest zmiana kąta wartościowości, powodem jest wzajemne odpychanie elektronów tworzących wiązanie wielokrotne. Tak więc w cząsteczce tlenek azotu (4) z hybrydyzacją sp2, kąt wartościowości wzrasta od 120 stopni do 134 stopni.

Hybrydyzacja amoniaku

Nieseparowana para elektronów wpływa na wynikowy moment dipolowy całej cząsteczki. Amoniak ma strukturę tetraedryczną z nierozdzieloną parą elektronów. Wiązania jonowe azotu-wodoru i azotu-fluoru mają wskaźniki 15 i 19 procent, długości są zdefiniowane odpowiednio jako 101 i 137 pm. W związku z tym powinien być większy moment dipolowy w cząsteczce fluorku azotu, ale wyniki eksperymentalne sugerują coś przeciwnego.

Hybrydyzacja związków organicznych

Każda klasa węglowodorów ma swój własny typ hybrydyzacji. Tak więc, po utworzeniu cząsteczek z klasy alkanów (nasycone węglowodory), wszystkie cztery elektrony atomu węgla tworzą hybrydowe orbitale. Kiedy zachodzą na siebie, powstają 4 chmury hybrydowe, rozciągające się do wierzchołków czworościanu. Co więcej, ich wierzchołki nakładają się z niehybrydowymi s-orbitaliami wodoru, tworząc proste wiązanie. W przypadku węglowodorów nasyconych charakterystyczna jest hybrydyzacja sp3.

W nienasyconych alkenach (ich typowym przedstawicielem jest etylen), tylko trzy orbitale elektronowe biorą udział w hybrydyzacji - i 2 p, trzy hybrydowe orbitale tworzą w przestrzeni trójkątny kształt. Nie-hybrydowe p-orbitale nakładają się, tworząc wiązanie wielokrotne w cząsteczce. Ta klasa organicznych węglowodorów charakteryzuje się sp2 hybrydowym stanem atomu węgla.

Alkiny różnią się od poprzedniej klasy węglowodorów tym, że tylko dwa typy orbitali uczestniczą w procesie hybrydyzacji: s i p. Dwa niehybrydowe p-elektrony pozostałe przy każdym atomie węgla zachodzą na siebie w dwóch kierunkach, tworząc dwa wielokrotne wiązania. Ta klasa węglowodorów charakteryzuje się sp-hybrydowym stanem atomu węgla.

Wniosek

Definiując rodzaj hybrydyzacji w cząsteczce, można wyjaśnić strukturę różnych substancji nieorganicznych i organicznych i można przewidzieć możliwe właściwości chemiczne konkretnej substancji.