Υβριδισμός αιθενίου

Όταν δύο ατομικά τροχιακά συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα νέο τροχιακό, η διαδικασία είναι γνωστή ως υβριδισμός. Τα μεμονωμένα τροχιακά αναδιανέμουν τις ενέργειές τους και δίνουν στα νέα τροχιακά την ίδια ενέργεια. Το νέο τροχιακό που σχηματίζεται έτσι είναι γνωστό ως υβριδικό τροχιακό. Αυτά τα υβριδικά τροχιακά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν τις ιδιότητες ατομικού δεσμού και τη μοριακή γεωμετρία. Τα ατομικά τροχιακά που έχουν το ίδιο επίπεδο ενέργειας εκτελούν υβριδισμό. Ο υβριδισμός του αιθενίου είναι ένας υβριδισμός sp2, που σημαίνει ότι σχηματίζεται ως αποτέλεσμα ενός συνδυασμού ενός s και δύο τροχιακών p και σχηματίζονται τρία υβριδικά τροχιακά sp2. Ένα άλλο όνομα για τον υβριδισμό sp2 είναι τριγωνικός υβριδισμός.

Τύποι υβριδισμού

• υβριδισμός sp

Όταν ένα τροχιακό s συνδυάζεται με ένα τροχιακό p και σχηματίζονται δύο νέα υβριδικά τροχιακά, αυτός ο τύπος υβριδισμού είναι γνωστός ως υβριδισμός sp. Έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό γραμμικών μορίων με γωνία δεσμού 80 μοιρών. Το άλλο όνομα για τον υβριδισμό sp είναι διαγώνιος υβριδισμός. Τα νέα τροχιακά μοιράζονται ίσο αριθμό χαρακτηριστικών s και p.

• υβριδισμός sp2

Σε αυτόν τον τύπο υβριδισμού, ένα s και δύο p τροχιακά συνδυάζονται και σχηματίζουν τρία υβριδικά τροχιακά. Τα τρία υβριδικά τροχιακά έχουν τριγωνική επίπεδη γεωμετρία με γωνίες 120 μοιρών μεταξύ τους. Όλα τα τροχιακά που δημιουργήθηκαν μοιράζονται 33,33% χαρακτήρα s και 66,66% χαρακτήρα p. Τα νέα τροχιακά που παράγονται είναι γνωστά ως υβριδικά τροχιακά sp2. Οι ενώσεις του βορίου είναι παραδείγματα ενός τέτοιου τύπου υβριδισμού.

• υβριδισμός sp3

Στον υβριδισμό sp3, ένα s και τρία τροχιακά p συντήκονται για να σχηματίσουν τέσσερα υβριδικά τροχιακά sp3. Ονομάζεται επίσης τετραεδρικός υβριδισμός. Σχηματίζουν γωνία 109,28 μοιρών μεταξύ τους και είναι στραμμένα προς τις τέσσερις γωνίες ενός κανονικού τετραέδρου.

• υβριδισμός sp3d

Στον υβριδισμό sp3d, συνδυάζονται ένα s, τρία p και ένα d τροχιακά, με αποτέλεσμα το σχηματισμό πέντε τροχιακών sp3d με ισοδύναμη ενέργεια. Το προκύπτον τροχιακό έχει τριγωνική διπυραμιδική συμμετρία. Τρία υβριδικά τροχιακά είναι λοξά το ένα προς το άλλο υπό γωνία 120 μοιρών. Τα υπόλοιπα δύο έχουν κλίση σε γωνίες 90 μοιρών και είναι επίσης γνωστά ως αξονικά τροχιακά.

• υβριδισμός sp3d2

Έξι υβριδικά τροχιακά σχηματίζονται από ένα s, τρία p, δύο d τροχιακά. Γέρνουν το ένα προς το άλλο υπό γωνία 90 μοιρών και είναι στραμμένα προς τις γωνίες του οκταέδρου.

Υβριδισμός αιθενίου

Ο υβριδισμός του αιθενίου εμπίπτει στον υβριδισμό sp2. Εδώ, ένα s τροχιακό και δύο τροχιακά p αναμειγνύονται για να σχηματίσουν τρία υβριδικά τροχιακά sp2. Τα τρία τροχιακά που σχηματίζονται έχουν το ίδιο σχήμα και επίπεδο ενέργειας. Κάθε υβριδικό τροχιακό που σχηματίζεται έχει το 1/3ο χαρακτήρα του s και το 2/3 του χαρακτήρα του p. Αυτά τα τροχιακά έχουν κλίση υπό γωνία 120 μοιρών και έχουν τριγωνική επίπεδη γεωμετρία. Το αιθένιο αποτελείται από 2 μόρια CH και 4 H. Το αιθένιο δημιουργεί διπλό δεσμό μεταξύ των ατόμων άνθρακα.

Για να σχηματιστεί ο απαιτούμενος αριθμός δεσμών, το άτομο άνθρακα πρέπει να δώσει ένα από τα ζεύγη 2s2 στο τροχιακό 2pz. Όταν σχηματίζονται δεσμοί CH2=CH2, το άτομο άνθρακα μπαίνει σε διεγερμένη κατάσταση, χρειάζεται μόνο ένα ηλεκτρόνιο για να σχηματίσει δεσμούς. Για να επιτευχθεί αυτό, ένα ηλεκτρόνιο από τροχιακά 2s2 μετατοπίζεται στα τροχιακά 2pz για να δώσει τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Όταν ο άνθρακας βρίσκεται στη βασική του κατάσταση, έχει ηλεκτρονική διαμόρφωση (1s2 2s2 2p1 2p1). Ωστόσο, σε κατάσταση ενθουσιασμού, η διαμόρφωσή του αλλάζει σε (1s2 2s1 2px12py1 2pz1).

Σχήμα αιθενίου

Τα τροχιακά sp2 καθορίζουν τη γεωμετρία του αιθενίου. Όλα αυτά τα τροχιακά βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και το τροχιακό p βρίσκεται σε ορθή γωνία. Μετά τη δημιουργία των δεσμών, όλοι οι δεσμοί σίγμα μέσα στο μόριο πρέπει επίσης να βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Εάν υπάρχει κάποια συστροφή στο μόριο, θα μπορούσε να σημαίνει ότι ούτε τα τροχιακά είναι παράλληλα μεταξύ τους ούτε αγγίζονται, κάτι που θα μπορούσε να προκαλέσει τη διάσπαση του δεσμού pi. Το αιθένιο λέγεται ότι είναι ένα επίπεδο μόριο.

Τα τροχιακά sp2 βρίσκονται σε γωνία 120° το ένα προς το άλλο. Είναι πιθανό να υπάρξει μια ελαφρά αλλαγή, καθώς δύο υδρογόνα και ένα άτομο άνθρακα συνδέονται με κάθε άτομο άνθρακα.

Συμπέρασμα:

Ο υβριδισμός είναι το φαινόμενο της ένωσης δύο τροχιακών που ανακατανέμουν την ενέργεια των μεμονωμένων ατόμων τους για να σχηματίσουν νέους τύπους τροχιακών με παρόμοια ενεργειακά επίπεδα και σχήματα. Αυτά τα νεοσχηματισμένα τροχιακά είναι γνωστά ως υβριδικά τροχιακά. Κατά τη διάρκεια του υβριδισμού, τα τροχιακά αναμειγνύονται αντί για ηλεκτρόνια. Έτσι, πλήρως γεμάτα, μισογεμισμένα ή ακόμα και άδεια τροχιακά μπορούν να συμμετέχουν στον υβριδισμό. Κάθε υβριδικό τροχιακό έχει δύο λοβούς – έναν μεγάλο και έναν μικρό λοβό. Οι δεσμοί γίνονται χρησιμοποιώντας τον μεγάλο λοβό. Ο υβριδισμός του αιθενίου είναι ένας υβριδισμός sp2. Χρησιμοποιεί ένα τροχιακό s και δύο τροχιακά p για να σχηματίσει το υβριδικό τροχιακό.