Koncepcja hybrydyzacji węgla, typy i ich cechy

Hybrydyzacja węglowa Implikuje połączenie dwóch czystych orbitali atomowych, tworząc nową „hybrydową” orbitę molekularną o własnych cechach. Pojęcie orbity atomowej daje lepsze wyjaśnienie niż poprzednia koncepcja orbity, w celu ustalenia przybliżenia, gdzie jest bardziej prawdopodobne, że znajdzie elektron w atomie.

Innymi słowy, orbital atomowy jest reprezentacją mechaniki kwantowej, aby dać wyobrażenie o pozycji elektronu lub pary elektronów w danym obszarze w atomie, gdzie każda orbital jest zdefiniowana zgodnie z jego wartościami jego Liczby kwantowe.

Liczby kwantowe opisują status układu (takiego jak elektron wewnątrz atomu) w określonym czasie, poprzez energię należącą do elektronu (N), pędu kątowego opisującego jego ruch (L), powiązany moment magnetyczny (M) i obrót elektronem podczas poruszania się do atomu (y).

Parametry te są unikalne dla każdego elektronu na orbicie, więc dwa elektron nie mogą mieć dokładnie takich samych wartości czterech liczb kwantowych, a każdy orbital może być zajęty przez dwa elektrony w większości elektronów.

[TOC]

Co to jest hybrydyzacja węgla?

Aby opisać hybrydyzację węgla, należy wziąć pod uwagę, że cechy każdego orbity (jego kształt, energia, rozmiar itp.) zależą od konfiguracji elektronicznej, którą ma każdy atom.

Oznacza to, że cechy każdej orbity zależą od rozmieszczenia elektronów w każdej „warstwie” lub poziomu: od najbliższego jądra do najbardziej zewnętrznego, znanego również jako warstwa Walencia.

Najbardziej zewnętrzne elektrony na poziomie zewnętrznym są jedynymi dostępnymi do tworzenia linku. Dlatego, gdy powstaje wiązanie chemiczne między dwoma atomami, wygenerowane jest nakładanie się dwóch orbitali (jeden z każdego atomu) i jest to ściśle powiązane z geometrią cząsteczek.

Jak wspomniano powyżej, każda orbital może być wypełniona maksymalnie dwoma elektronami, ale zasada Aufbau musi próbkować poniżej:

W ten sposób pierwszy poziom 1 jest wypełnionyS, Następnie 2S, a następnie 2P I tak dalej, w zależności od tego, ile elektronów ma atom lub jon.

Zatem hybrydyzacja jest zjawiskiem odpowiadającym cząsteczkom, ponieważ każdy atom może przyczynić się tylko do czystych orbitali atomowych (S, P, D, F) i, ze względu na połączenie dwóch lub więcej orbitali atomowych, powstaje ta sama ilość hybrydowych orbitali, które umożliwiają powiązania między elementami.

Typy hybrydyzacji

Orbitale atomowe mają różne formy i orientacje przestrzenne, zwiększając złożoność, jak pokazano poniżej:

Obserwuje się, że istnieje tylko jeden rodzaj orbity S (forma sferyczna), trzy typy orbity P (Zrazowy kształt, w którym każdy płat jest zorientowany na osi przestrzeni), pięć rodzajów orbity D i siedem rodzajów orbity F, gdzie każdy typ orbity ma dokładnie taką samą energię jak w jej klasie.

Atom węgla w swoim podstawowym stanie ma sześć elektronów, których konfiguracja wynosi 1S²2S²2P^2. Oznacza to, że powinni zajmować poziom 1S (dwa elektrony), 2S (dwa elektrony) i częściowo 2p (pozostałe dwa elektrony) zgodnie z zasadą Aufbau.

Oznacza to, że atom węgla ma tylko dwa brakujące elektrony na orbicie 2P, Ale nie jest możliwe wyjaśnienie tworzenia lub geometrii cząsteczki metanu (CH₄) lub inne bardziej złożone.

Aby utworzyć te linki, potrzebna jest hybrydyzacja orbitali S I P (W przypadku węgla), aby wygenerować nowe orbitale hybrydowe, które nawet wyjaśniają podwójne i potrójne wiązania, w których elektrony uzyskują najbardziej stabilną konfigurację do tworzenia cząsteczek.

Sp³

Hybrydyzacja sp³ Składa się z tworzenia czterech „hybrydowych” orbitali z orbitali 2s, 2p_X, 2 p_I i 2p_z Czysty.

Zatem istnieje zmiana elektronów na poziomie 2, gdzie dostępne są cztery elektrony do tworzenia czterech wiązań i są uporządkowane równolegle, aby mieć mniej energii (większa stabilność).

Przykładem jest cząsteczka etylenu (c₂H₄), których łącza tworzą 120 ° kąty między atomami i zapewniają płaską geometrię trygonalną.

W takim przypadku generowane są proste łącza C-H i C-C (z powodu orbitali sp²) i podwójne wiązanie C-C (z powodu orbity P), Tworząc najbardziej stabilną cząsteczkę.

Sp²

Poprzez hybrydyzację SP² Trzy „hybrydowe” orbitale są generowane z Orbital Pure 2s. Ponadto uzyskuje się czysty orbital, który uczestniczy w tworzeniu podwójnego wiązania (zwanego PI: „π”).

Przykładem jest cząsteczka etylenu (c₂H₄), których łącza tworzą 120 ° kąty między atomami i zapewniają płaską geometrię trygonalną. W takim przypadku generowane są proste łącza C-H i C-C (ze względu na orbitale SP²) i podwójne wiązanie C-C (z powodu orbity P), tworząc najbardziej stabilną cząsteczkę.

Sp

Poprzez hybrydyzację SP ustalono dwa orbitale „hybrydowe” z Orbital Pure 2s. W ten sposób tworzą dwa czyste orbitale, które uczestniczą w tworzeniu potrójnego ogniwa.

W przypadku tego rodzaju hybrydyzacji cząsteczka acetylenu (C₂H₂), których łącza tworzą kąt 180 ° między atomami i zapewniają geometrię liniową.

W przypadku tej struktury znajdują się proste łącza C-H i C-C (z powodu orbitali SP) i potrójne łącze C-C (to znaczy dwa wiązania PI z powodu orbitali p), aby uzyskać konfigurację z mniej elektronicznym odpychaniem.

Bibliografia

1. Hybrydyzacja orbitalna. Odzyskane z.Wikipedia.org
2. Fox, m. DO., I Whitsell, J. K. (2004). Chemia organiczna. Odzyskane z książek.Google.współ.Iść
3. Carey, f. DO., i Sundberg, r. J. (2000). Zaawansowana chemia organiczna: część A: Struktura i mechanizmy. Odzyskane z książek.Google.współ.Iść
4. Anslyn, e. V., I Dougherty, D. DO. (2006). Nowoczesna fizyczna chemia organiczna. Odzyskane z książek.Google.współ.Iść
5. Mathur, r. B.; Singh, ur. P., I Panda, s. (2016). Nanomateriały węglowe: synteza, struktura, właściwości i zastosowania. Odzyskane z książek.Google.współ.Iść