Υβριδισμός sp3d

Στη χημεία, ο υβριδισμός είναι ο τρόπος με τον οποίο τα ατομικά τροχιακά των ατόμων συνδυάζονται για να δώσουν σε ένα μόριο το σχήμα και τις ιδιότητές του. Η λέξη χρησιμοποιείται επίσης για να περιγράψει έναν τύπο οργανικού χημικού δεσμού, όπως απλούς, διπλούς ή τριπλούς δεσμούς. Ο υβριδισμός μπορεί επίσης να περιγράψει ένα ολόκληρο σύνολο δεσμών. Για να κατανοήσουμε αυτούς τους διάφορους τύπους δεσμών, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε τα διαφορετικά τροχιακά που εμπλέκονται στην κοινή χρήση ηλεκτρονίων.

Τι είναι ο υβριδισμός sp3d;

Ο υβριδισμός sp3d συμβαίνει όταν δύο άλλα άτομα μοιράζονται τους δύο δεσμούς ενός στοιχείου. Σημαίνει ότι κάθε άτομο μοιράζεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων με ένα άλλο άτομο και παίρνει ένα μόνο τροχιακό p από ένα άτομο και ως τροχιακό από ένα άλλο άτομο. Αυτός ο τύπος υβριδισμού ονομάζεται sp3d επειδή περιλαμβάνει την κοινή χρήση των τριών ατομικών τροχιακών που εμπλέκονται στον δεσμό.

Το πρώτο γράμμα στο sp3d περιγράφει το ατομικό τροχιακό που χρησιμοποιείται για να σχηματίσει το μισό του δεσμού για κάθε στοιχείο, s για το εσώτερο τροχιακό με χαμηλότερη ενέργεια και p το τροχιακό υψηλότερης ενέργειας. Το δεύτερο γράμμα περιγράφει το ατομικό τροχιακό που χρησιμοποιείται για να σχηματίσει το άλλο μισό του δεσμού. Το τρίτο γράμμα περιγράφει το τροχιακό πάνω και κάτω από το τροχιακό αυτού του ατόμου.

σχήμα και δομή υβριδισμού sp3d

Ένα μόριο που έχει υβριδισμό sp3 ονομάζεται μερικές φορές «υβριδισμός σε σχήμα t» ή «τετραεδρικός υβριδισμός». Αυτά τα μόρια έχουν τετραεδρικό σχήμα με γωνία δεσμού 109°. Το σχήμα t του υβριδισμού μπορεί να περιγράψει τη γεωμετρία και τη γωνία δεσμού. Η δομή των μορίων που περιέχουν υβριδισμό sp3d έχει τετραεδρικό σχήμα όπου ο άξονας συμμετρίας είναι μαζί με τον δεσμό, γνωστό και ως ζιγκ-ζαγκ αλυσίδα. Η γωνία σύνδεσης δύο γειτόνων (C-C και C-O) είναι 109°.

Π.χ. CH4

Στο sp3d υβριδοποιημένο μόριο στη βασική του κατάσταση, τα δύο άτομα μοιράζονται και τα τέσσερα ζεύγη ηλεκτρονίων τους. Τα άλλα δύο τροχιακά είναι μη υβριδισμένα τροχιακά p. Αυτά τα δύο μη υβριδισμένα τροχιακά είναι κάθετα στο επίπεδο του μορίου και προσανατολίζονται κατά μήκος του άξονα του δεσμού.

ιδιότητες υβριδισμού sp3d

Οι ιδιότητες αυτών των δεσμών είναι οι ίδιες με τον ιοντικό, τον ομοιοπολικό και τον υβριδισμό sp. Οι πιο αξιοσημείωτες ιδιότητες του υβριδισμού sp3d είναι η πολικότητα και η αρωματικότητά τους.

• Πολικότητα:Τα μόρια που περιέχουν υβριδισμό sp3d έχουν μικρά δίπολα που βρίσκονται σε μικρές περιοχές του μορίου. Προκαλεί πολικότητα επειδή μια μεγάλη περιοχή χωρίς φορτία αλληλεπιδρά με άλλα μόρια όπως μια ιοντική ένωση. Τα δίπολα υπάρχουν στον δεσμό sp3d και του δίνουν το σχήμα του. Το συγκεκριμένο σχήμα έχει πολικότητα, γι' αυτό ονομάζονται πολωμένοι δεσμοί.

Επειδή υπάρχει ένα καθαρό φορτίο στα πολικά μόρια, πρέπει να υπάρχει ένα αντίθετα φορτισμένο ιόν για να δώσει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια σε ένα μόριο θα αλληλεπιδράσουν με το αντίθετα φορτισμένο ιόν μέχρι να φτάσουν σε έναν ομοιοπολικό δεσμό και να προκαλέσουν μόνιμα δίπολα που οδηγούν σε μόνιμες αλλαγές.

• Αρωματικότητα:Τα μόρια που περιέχουν υβριδισμό sp3d που περιέχουν συζευγμένο δακτύλιο θεωρούνται αρωματικά. Μπορεί επίσης να παρατηρηθεί σε ένα μόριο βενζολίου. Η προσεκτικότερη εξέταση του μορίου του βενζολίου αποκαλύπτει ότι περιέχει πολλαπλούς δεσμούς που αποτελούνται από sp2 υβριδισμένα άτομα και δεσμούς sp3d. Αυτοί οι συνδυασμοί πολλαπλών δεσμών καθιστούν το μόριο του βενζολίου μοναδικό σε σύγκριση με άλλα τυπικά αρωματικά μόρια, τα οποία μπορεί να αποτελούνται μόνο από έναν τύπο δεσμού.

σημασία υβριδισμού sp3d

Ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα χημικά στον κόσμο είναι το τερεφθαλικό οξύ. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολυεστέρων και η δομή του περιέχει υβριδισμό sp3d και ομοιοπολικούς και ιοντικούς δεσμούς. Αυτοί οι δεσμοί δίνουν στους πολυεστέρες αντοχή, ευελιξία και ανθεκτικότητα.

Το βενζόλιο έχει επίσης υβριδισμό sp3d και ομοιοπολικούς και ιοντικούς δεσμούς στη δομή του. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή φρουτωδών αρωμάτων και η δομή του περιέχει επίσης δεσμούς αρωματικότητας.

Δεδομένου ότι το βενζόλιο είναι ένα αρκετά κοινό μόριο και η δομή του περιέχει υβριδισμό sp3d και ομοιοπολικούς και ιοντικούς δεσμούς, οι χημικοί το έχουν μελετήσει εκτενώς. Ως αποτέλεσμα αυτών των μελετών, υπάρχουν πολλές θεωρίες για το πώς δρα αυτό το μόριο.

Είναι δυνατός ο υπολογισμός του βάρους (Δg) ενός μορίου με βάση τη μοριακή του γεωμετρία με διάφορα ιόντα και ομοιοπολικούς δεσμούς. Η εφαρμογή για τον υπολογισμό του Δg για μόρια που περιέχουν υβριδισμό sp3d είναι ως επί το πλείστον θεωρητική.

Συμπέρασμα

Το συμπέρασμα είναι ότι ο υβριδισμός sp3d μπορεί να περιγραφεί από τη θεωρία VSEPR, όπου τρία άτομα δίνουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων, σχηματίζοντας ένα τριγωνικό σχήμα διπυραμίδας με γωνίες 120° και 108°. Μια τριγωνική διπυραμίδα περιλαμβάνει ένα τρίγωνο, ένα οκτάεδρο και ένα τετράεδρο. Το τετράεδρο βλέπει τον δεσμό και οι άλλες δύο ομάδες δείχνουν προς αυτόν, σε αντίθεση με τα άτομα. Ένα μόριο με δεσμό sp3d μπορεί να αντιδράσει σαν ιόν ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο οι δεσμοί του είναι πολωμένοι.

Έχουν γίνει πολυάριθμες έρευνες για να καθοριστεί εάν υπάρχει ή όχι υβριδισμός sp3d. Μερικοί επιστήμονες υπέθεσαν ότι ο υβριδισμός sp3d είναι διαφορετικός από τον υβριδισμό sp3