Υβριδισμός Αμμωνίας

Στοιχεία που είναι ασταθή, συνήθως συνδυάζονται με άλλα στοιχεία είτε χάνοντας, κερδίζοντας ή μοιράζοντας ηλεκτρόνια. Αυτό λέγεται ότι είναι χημικός δεσμός. Συνήθως, τα στοιχεία συνδυάζονται με άλλα μόνο με τη βοήθεια ηλεκτρονίων σθένους. Τα ηλεκτρόνια σθένους είναι αυτά που υπάρχουν στο εξώτατο κέλυφος ενός ατόμου. Αυτά είναι μακριά από τον πυρήνα και μπορούν εύκολα να συνδεθούν με άλλα στοιχεία.

Υβριδισμός: 

Υβριδισμός είναι το φαινόμενο της ανάμειξης ατομικών τροχιακών του κεντρικού ατόμου που διαφέρουν ελαφρώς σε ενέργεια και της ανακατανομής τους σε ίσο αριθμό υβριδικών τροχιακών ίσου σχήματος και ενέργειας. Ο υβριδισμός συμβαίνει μόνο στο κεντρικό άτομο. Σε ένα ομοιοπολικό μόριο, το στοιχείο που έχει υψηλό σθένος θεωρείται το κεντρικό άτομο.

Σκοπός υβριδισμού:

Ο υβριδισμός συμβαίνει σε ομοιοπολικά μόρια και μεταξύ των ατομικών τροχιακών του κεντρικού ατόμου. Ο υβριδισμός δεν συμβαίνει σε όλα τα ομοιοπολικά μόρια, αλλά σε ετεροατομικά μόρια όπως το μεθάνιο, η αμμωνία κ.λπ. Ο υβριδισμός συμβαίνει στο κεντρικό άτομο, όπου τα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους υπάρχουν σε τροχιακά διαφορετικής ενέργειας και σχήματος.

Σημασία του υβριδισμού:

Ο υβριδισμός συμβαίνει στο κεντρικό άτομο για να ληφθούν τροχιακά ίσης ενέργειας και η επικάλυψη τροχιακών με ίση ενέργεια είναι αποτελεσματική. Ο υβριδισμός βοηθά στη γνώση των τύπων δεσμών που σχηματίζονται μεταξύ των δύο στοιχείων. Οι τύποι δεσμών που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων με ομοιοπολικό δεσμό μπορεί να είναι δύο τύπων:δεσμός σίγμα και δεσμός π.

Δεσμός σίγμα:Ο δεσμός σίγμα είναι ένας ομοιοπολικός δεσμός που σχηματίζεται από την κοινή χρήση ηλεκτρονίων που υπάρχουν στα τροχιακά. Ο τύπος της επικάλυψης που παρατηρείται μεταξύ των τροχιακών είναι η μετωπική επικάλυψη ή η διαξονική επικάλυψη. Αυτός ο τύπος αλληλεπικάλυψης οδηγεί σε μια ισχυρή επικάλυψη τροχιακών, και ως εκ τούτου, σε έναν ισχυρότερο δεσμό που είναι ένας σταθερός δεσμός με ελάχιστη ενέργεια.

Δεσμός Pi:Ο δεσμός Pi είναι επίσης ένας ομοιοπολικός δεσμός που σχηματίζεται από την κοινή χρήση ηλεκτρονίων που υπάρχουν στα τροχιακά. Ο τύπος της επικάλυψης που παρατηρείται μεταξύ των τροχιακών είναι πλάγια επικάλυψη ή παράλληλη επικάλυψη. Η πλάγια επικάλυψη οδηγεί σε ασθενέστερο δεσμό με υψηλή ενέργεια και λιγότερη σταθερότητα.

Ο δεσμός Sigma είναι ισχυρότερος δεσμός και μπορεί να υπάρχει ανεξάρτητα, αλλά ο δεσμός pi είναι πιο αδύναμος και δεν μπορεί να υπάρξει ανεξάρτητα.

Υβριδισμός μορίου αμμωνίας:

Το μόριο αμμωνίας έχει τον μοριακό τύπο NH3. Στα μόρια αμμωνίας, το κεντρικό άτομο είναι το άζωτο που ανήκει στην ομάδα VA ή στην 15η ομάδα ή στα πνικογόνα ή στην οικογένεια του αζώτου. Η αμμωνία είναι μια ελαφρώς βασική ένωση και το άζωτο είναι ένα μη μέταλλο. Και, κάτω από την ομάδα, η βασικότητα αυξάνεται. Καθώς ανήκει στην ομάδα VA, το άζωτο έχει 5 ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους και έχει σθένος ίσο με τρία. και σε λίγες ενώσεις, μπορεί να επεκταθεί σε τέσσερις. Το άζωτο χρησιμοποιεί μόνο τρία ηλεκτρόνια για να σχηματίσει δεσμούς, και αυτό ονομάζεται ικανότητα συνδυασμού (σθένος). Το άζωτο σχηματίζει τρεις δεσμούς με άλλα στοιχεία, συνήθως με υδρογόνο, οξυγόνο, αλογόνο κ.λπ.

Άζωτο (N) – ατομικός αριθμός – 7

Η ηλεκτρονική του διαμόρφωση είναι 1s2 2s2 2p3 – διαμόρφωση βασικής κατάστασης

Το δεύτερο κέλυφος είναι το φλοιό σθένους στο Άζωτο, όπου τα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε τροχιακά 2s και 2p – 2s με 2 ηλεκτρόνια και 2p με τρία ηλεκτρόνια που είναι 2px1 2py1 2pz1. Όταν το άζωτο πρέπει να σχηματίσει δεσμούς, χρησιμοποιεί και τα τέσσερα τροχιακά στο κέλυφος σθένους. Αλλά τα τροχιακά έχουν διαφορετικά σχήματα και ενέργεια, επομένως υφίσταται υβριδισμό.

Το μόριο αμμωνίας λαμβάνεται με τον υβριδισμό sp3 του Ν, όπου το άζωτο χρησιμοποιεί και τα τέσσερα τροχιακά (2s2 2px1 2py1 2pz1) στον υβριδισμό. Και τα τέσσερα ατομικά τροχιακά αναμιγνύονται και καταλήγουν σε ίσο αριθμό υβριδικών τροχιακών. Πρόκειται για υβριδικά τροχιακά sp3 και το άζωτο λέγεται ότι υφίσταται υβριδισμό sp3.

Σε ένα μόριο αμμωνίας, από τα τέσσερα υβριδικά τροχιακά sp3 που σχηματίζονται, τρία υβριδικά τροχιακά είναι μισογεμάτα ή με ένα μόνο ηλεκτρόνιο και το τέταρτο υβριδικό τροχιακό έχει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Τρία τροχιακά με ένα μόνο ηλεκτρόνιο ευθυγραμμίζονται σε μια μετωπική κατεύθυνση με τα τροχιακά s 3 ατόμων υδρογόνου για να σχηματίσουν δεσμούς σίγμα. Παρατηρούνται τρεις δεσμοί σίγμα μεταξύ των ατόμων Ν και Η, που αντιπροσωπεύονται ως δεσμοί Ν-Η. Κάθε γραμμή μεταξύ N και H υποδεικνύει τον δεσμό και τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μοιράζονται μεταξύ τους, που είναι δύο.

Αφού σχηματιστεί το μόριο της αμμωνίας, παρατηρούμε ότι υπάρχουν τρία ζεύγη δεσμών γύρω από το Ν, και στο Άζωτο, υπάρχει ένα μοναχικό ζεύγος. Ο δεσμός μεταξύ Ν και Η είναι ο δεσμός σίγμα που σχηματίζεται από την επικάλυψη των τροχιακών s του Η με τα τροχιακά sp3 του αζώτου.

Στην αμμωνία, το άθροισμα του μοναχικού ζεύγους και του ζεύγους ομολόγων είναι 1+3 =4

Εάν ο αριθμός των υβριδισμών είναι τέσσερις, τότε ο υβριδισμός του κεντρικού ατόμου είναι sp3. Η αναμενόμενη γωνία δεσμού είναι 109,28 και η γεωμετρία είναι τετραεδρική.

Σε αντίθεση με αυτό, η αμμωνία εμφανίζει τριγωνική πυραμιδική γεωμετρία και <109 γωνία δεσμού.

Λόγος:

Στην περίπτωση των μορίων αμμωνίας, γύρω από το Ν, υπάρχουν τρεις δεσμοί μεταξύ Ν και Η (Ν-Η). Το Ν έχει τέσσερα υβριδικά τροχιακά sp3 στα οποία τα τρία είναι με μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια και ένα τροχιακό είναι με ηλεκτρόνια μεμονωμένου ζεύγους. Έτσι, υπάρχουν τρία ζεύγη δεσμών και ένα μοναχικό ζεύγος, τα οποία τοποθετούνται το ένα κοντά στο άλλο. Υπάρχουν απωθήσεις ζεύγους δεσμών-ζευγών δεσμών καθώς και απωθήσεις ζεύγους μοναχικού δεσμού. Σε σύγκριση με τις απωθήσεις ζεύγους δεσμών-ζευγών δεσμών, τα ζεύγη μοναχικού δεσμού-δεσμού είναι ισχυρότερα και ωθούν τα ζεύγη δεσμών μακριά από το μοναχικό ζεύγος, με αποτέλεσμα τη μείωση της γωνίας δεσμού στο 107 και μια απόκλιση της γεωμετρίας στο τριγωνικό πυραμιδικό σχήμα.

Συμπέρασμα:

Ο υβριδισμός οδηγεί στην ανάμειξη ατομικών τροχιακών του κεντρικού ατόμου που διαφέρουν ελαφρώς σε ενέργεια για να ανακατανεμηθούν οι ενέργειές τους για να ληφθεί ίσος αριθμός υβριδικών τροχιακών ίσου σχήματος και ενέργειας. Στην αμμωνία, το άτομο αζώτου, που είναι το κεντρικό άτομο, υφίσταται υβριδισμό sp3 σχηματίζοντας δεσμούς τριών σίγμα με τα τρία άτομα Η. Λόγω της παρουσίας απώθησης μοναχικού ζεύγους-δεσμού, το μόριο αμμωνίας παρουσιάζει απόκλιση από την αναμενόμενη γωνία και γεωμετρία δεσμού.