Υβριδισμός

Η ανάμειξη των ατομικών τροχιακών έχει συνήθως ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό υβριδικών τροχιακών με εντελώς διαφορετικές ενέργειες, σχήματα και άλλα χαρακτηριστικά.

Τα ατομικά τροχιακά με το ίδιο ενεργειακό επίπεδο είναι αυτά που εμπλέκονται περισσότερο στον υβριδισμό.

Σε αυτή τη διαδικασία, ωστόσο, τόσο τα πλήρως γεμάτα όσο και τα μισογεμισμένα τροχιακά μπορούν συμμετέχουν, αρκεί να έχουν την ίδια ποσότητα ενέργειας με το ένα το άλλο.

Ως εναλλακτική, μπορούμε να περιγράψουμε τον υβριδισμό ως επέκταση της θεωρίας του δεσμού σθένους που βοηθά στην κατανόηση του σχηματισμού δεσμών, των ενεργειών των δεσμών και των μηκών δεσμών σε μια ποικιλία συστημάτων.

Ποιος είναι ο ορισμός του υβριδισμού;

Όταν δύο ατομικά τροχιακά συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα υβριδικό τροχιακό σε ένα μόριο, το η ενέργεια των τροχιακών μεμονωμένων ατόμων ανακατανέμεται για να δώσει τροχιακά ισοδύναμης ενέργειας.

Αυτό συμβαίνει όταν δύο ατομικά τροχιακά συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα υβριδικό τροχιακό σε ένα μόριο .

Ο υβριδισμός είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει αυτήν τη διαδικασία. Η διαδικασία του υβριδισμού περιλαμβάνει την ανάμειξη ατομικών τροχιακών με παρόμοιες ενέργειες. Συσχετίζεται συχνότερα με τη συγχώνευση δύο τροχιακών «s» ή δύο τροχιακών «p» ή την ανάμειξη ενός τροχιακού «s» με ένα τροχιακό «p», καθώς και με την ανάμειξη ενός τροχιακού «s» με 'd' τροχιακό, μεταξύ άλλων.

Τα υβριδικά τροχιακά είναι τα νέα τροχιακά που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας . Το πιο σημαντικό, τα υβριδικά τροχιακά είναι εξαιρετικά χρήσιμα για την εξήγηση των ιδιοτήτων ατομικών δεσμών καθώς και της μοριακής γεωμετρίας, μεταξύ άλλων.

Εξετάστε την περίπτωση ενός ατόμου άνθρακα για λόγους επεξήγησης. Αυτό το άτομο σχηματίζει τέσσερις απλούς δεσμούς στους οποίους το τροχιακό του κελύφους σθένους αναμιγνύεται με τρία τροχιακά p κελύφους σθένους, με αποτέλεσμα συνολικά τέσσερις απλούς δεσμούς.

Αυτός ο συνδυασμός έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό τεσσάρων μιγμάτων sp3 που είναι ισοδύναμα. Θα σχηματιστεί μια τετραεδρική διάταξη γύρω από τα άτομα άνθρακα, τα οποία θα συνδεθούν με τέσσερα διαφορετικά άτομα σε αυτήν την περίπτωση.

Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του υβριδισμού

1. Ο υβριδισμός συμβαίνει όταν ενώνονται ατομικά τροχιακά με ίσες ενέργειες.

2. Ένα υβριδικό τροχιακό σχηματίζεται όταν δύο ατομικά τροχιακά αναμειγνύονται μεταξύ τους με τον ίδιο τρόπο όπως ένα ατομικό τροχιακό.

3. Δεν είναι απαραίτητο να συμμετέχουν όλα τα μισογεμισμένα τροχιακά στη διαδικασία υβριδισμού για να συμβεί. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα τελείως γεμάτα τροχιακά με ελαφρώς διαφορετικές ενέργειες να συμμετέχουν στο παιχνίδι.

4. Ο υβριδισμός συμβαίνει μόνο κατά τη διαδικασία σχηματισμού δεσμού και όχι σε ένα μόνο αέριο άτομο.

5. Εάν είναι γνωστός ο υβριδισμός του μορίου, είναι δυνατό να προβλεφθεί το σχήμα του μορίου εκ των προτέρων.

6. Ο μεγαλύτερος λοβός του υβριδικού τροχιακού έχει πάντα θετικό πρόσημο, ενώ ο μικρότερος λοβός στην αντίθετη πλευρά έχει πάντα αρνητικό πρόσημο.

Ο υβριδισμός μπορεί να λάβει πολλές μορφές-

Η υβριδοποίηση μπορεί να ταξινομηθεί ως sp, sp2 , sp3, sp3d, sp3d2 , ή sp3d3 ανάλογα με τους τύπους τροχιακών που εμπλέκονται στη μίξη. Είναι-

υβριδισμός sp

υβριδισμός sp παρατηρείται όταν ένα s και ένα p τροχιακό στο ίδιο κύριο το κέλυφος ενός ατόμου αναμειγνύεται για να σχηματίσει δύο νέα ισοδύναμα τροχιακά. Τα υβριδισμένα τροχιακά που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας αναφέρονται ως υβριδισμένα τροχιακά sp. Έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό γραμμικών μορίων με γωνία 180°.

Ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους υβριδισμού είναι η ανάμειξη τροχιακό και ένα τροχιακό «p» ίσης ενέργειας για την παραγωγή ενός νέου υβριδικού τροχιακού γνωστό ως υβριδοποιημένο τροχιακό sp. Αυτός ο τύπος υβριδισμού είναι πιο συνηθισμένος στη χημική βιομηχανία.

Σε ορισμένους κύκλους, ο υβριδισμός sp αναφέρεται ως διαγώνιος υβριδισμός.

τα υβριδικά τροχιακά sp έχουν ίσο αριθμό χαρακτήρων s και p – 50 τοις εκατό s και 50 τοις εκατό p χαρακτήρα – και επομένως διαιρούνται με δύο.

Παραδείγματα υβριδισμού sp περιλαμβάνουν τα εξής:

Όλες οι ενώσεις βηρυλλίου, όπως BeF2, BeH2 και BeCl2, είναι τοξικές .

Όλοι οι τριπλοί δεσμοί που περιέχουν άνθρακα, όπως το C2H2, υπάρχουν σε όλους ενώσεις.

υβριδισμός sp2-

Όταν ένα s και δύο p τροχιακά του ίδιου φλοιού ενός ατόμου συνδυάζονται για να σχηματιστούν τρία ισοδύναμα τροχιακά, αυτό αναφέρεται ως υβριδισμός sp2. Τα νέα τροχιακά που έχουν σχηματιστεί αναφέρονται ως υβριδικά τροχιακά sp2.

ο υβριδισμός sp2 αναφέρεται επίσης ως τριγωνικός υβριδισμός σε ορισμένους κύκλους.

Συνεπάγεται τη μίξη ενός τροχιακού με δύο "p" τροχιακά ίσης ενέργειας για την παραγωγή ενός νέου υβριδικού τροχιακού γνωστό ως sp2, το οποίο είναι ένα νέο υβριδικό τροχιακό.

Μείγμα τροχιακών s και p που σχηματίζονται σε τριγωνική συμμετρία και είναι διατηρήθηκε στους 1200℃

Παρά τις διαφορές τους, και τα τρία υβριδικά τροχιακά παραμένουν στο ίδιο επίπεδο και σχηματίζονται γωνία 120° μεταξύ τους. Κάθε ένα από τα υβριδικά τροχιακά που έχουν σχηματιστεί έχει έναν χαρακτήρα που είναι 33,33 % ‘s’ και 66,66 % ‘p’ σε αυτό.

Το τριγωνικό επίπεδο σχήμα των μορίων στα οποία το κεντρικό άτομο συνδέεται με τρία άλλα άτομα και υβριδοποιείται sp2 είναι αποτέλεσμα του υβριδισμού sp2 του κεντρικού ατόμου.

Εικονογραφήσεις υβριδισμού sp2

Όλες οι ενώσεις βορίου, όπως BF3, BH3 και BH4

Το αιθυλένιο είναι μια ένωση άνθρακα που περιέχει έναν διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα, όπως είναι όλες ενώσεις άνθρακα (C2H4)

υβριδισμός sp3

Ο τετραεδρικός υβριδισμός, γνωστός και ως sp3, συμβαίνει όταν ένα τροχιακό και τρία p τροχιακά από το ίδιο κέλυφος ενός ατόμου συνδυάζονται για να σχηματίσουν τέσσερα νέα ισοδύναμα τροχιακά.

Αυτός ο τύπος υβριδισμού χαρακτηρίζεται από το σχηματισμό τεσσάρων νέων ισοδύναμων τροχιακών. Τα νέα τροχιακά που έχουν σχηματιστεί αναφέρονται ως υβριδικά τροχιακά sp3.

Αυτά είναι προσανατολισμένα προς την κατεύθυνση των τεσσάρων γωνιών ενός κανονικού τετραέδρου και σχηματίζουν γωνία 109°28′ το ένα ως προς το άλλο.

Στο υβριδικό τροχιακό sp3, η γωνία μεταξύ των δύο τροχιακών είναι 109,280 μοίρες .

Κάθε υβριδικό τροχιακό sp3 έχει 25 % s χαρακτήρα και 75 % χαρακτήρα p, καθιστώντας το ένα υβριδικό τροχιακό sp3.

Το αιθάνιο (C2H6) και το μεθάνιο είναι δύο παραδείγματα υβριδισμού sp3.

υβριδισμός sp3d

Στον υβριδισμό sp3d, το τροχιακό 1s, τα τροχιακά 3p και το 1ο τροχιακό είναι αναμειγνύονται μεταξύ τους, με αποτέλεσμα να σχηματιστούν 5 sp3d υβριδισμένα τροχιακά με ίση ενέργεια. Έχουν μια διπυραμιδική γεωμετρία που είναι τριγωνική.

Η τριγωνική διπυραμιδική συμμετρία σχηματίζεται από το συνδυασμό των s, p, και d τροχιακά.

Τα ισημερινά τροχιακά είναι τρία υβριδικά τροχιακά που βρίσκονται στο οριζόντιο επίπεδο και είναι κλίση σε γωνία 120° μεταξύ τους. Βρίσκονται στο οριζόντιο επίπεδο και έχουν κλίση 120° μεταξύ τους.

Τα πρόσθια και τα αξονικά τροχιακά είναι τα δύο εναπομείναντα τροχιακά που βρίσκονται στην κατακόρυφη επίπεδο σε γωνία 90° ως προς τα ισημερινά τροχιακά και είναι γνωστά ως αξονικά τροχιακά.

Για παράδειγμα, ο υβριδισμός σε πενταχλωριούχο φώσφορο είναι ένα παράδειγμα (PCl5)

υβριδισμός sp3d2

Τα τροχιακά 1s, 3p και 2d του υβριδισμού sp3d2 αναμιγνύονται για να σχηματιστούν έξι πανομοιότυπα υβριδικά τροχιακά sp3d2 μετά τη διαδικασία υβριδισμού.

Αυτά τα έξι τροχιακά είναι προσανατολισμένα προς την κατεύθυνση των τεσσάρων γωνιών του οκταέδρου.

Κάθε ένα από αυτά έχει γωνία 90° σε σχέση με το άλλο .