The penghibridan kimia adalah "campuran" daripada orbital atom, yang konsep telah diperkenalkan oleh ahli kimia Linus Pauling pada tahun 1931 untuk menampung ketidaksempurnaan teori ikatan valens (TEV). Apa ketidaksempurnaan? Ini adalah: geometri molekul dan panjang ikatan setara dalam molekul seperti metana (CH 4 ).
Menurut TEV, dalam metana orbit atom C membentuk empat ikatan σ dengan empat atom H. Orbital 2p, dengan bentuk formas (gambar bawah) C adalah tegak lurus antara satu sama lain, jadi H harus menjadi beberapa dari yang lain pada sudut 90º.
Selain itu, orbital 2s (sfera) C mengikat orbit Hs 1 pada sudut 135º sehubungan dengan tiga H. yang lain. Walau bagaimanapun, secara eksperimen didapati bahawa sudut dalam CH 4 adalah 109.5º dan itu Selanjutnya, panjang ikatan C - H adalah setara.
Untuk menjelaskan ini, gabungan orbital atom asal mesti dipertimbangkan untuk membentuk empat orbital hibrid degenerasi (tenaga yang sama). Di sinilah hibridisasi kimia dimainkan. Seperti apa orbit hibrid? Ia bergantung pada orbit atom yang menjana mereka. Juga, mereka menunjukkan campuran ciri elektronik mereka.
Hibridisasi sp
Untuk kes CH 4 , hibridisasi C adalah sp 3 . Dari pendekatan ini, geometri molekul dijelaskan dengan empat orbital sp 3 dipisahkan pada 109.5º dan menunjuk ke arah bucu tetrahedron.
Pada gambar atas dapat dilihat bagaimana orbital sp 3 (hijau) mewujudkan persekitaran elektronik tetrahedral di sekitar atom (A, yang C untuk CH 4 ).
Mengapa 109.5º dan bukan sudut lain, untuk "melukis" geometri yang berbeza? Sebabnya kerana sudut ini meminimumkan tolakan elektronik dari empat atom yang mengikat A.
Oleh itu, molekul CH 4 dapat diwakili sebagai tetrahedron (geometri molekul tetrahedral).
Sekiranya, bukannya H, C membentuk ikatan dengan kumpulan atom yang lain, apakah hibridisasi mereka? Selagi karbon membentuk empat ikatan σ (C - A), hibridisasi mereka akan sp 3 .
Oleh itu, dapat diasumsikan bahawa dalam sebatian organik lain seperti CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (sikloheksana), dan lain-lain, karbon mempunyai hibridisasi sp 3 .
Ini mustahak untuk membuat lakaran struktur organik, di mana karbon terikat tunggal mewakili titik perbezaan; iaitu struktur tidak kekal dalam satah tunggal.
Tafsiran
Apakah tafsiran termudah untuk orbital hibrid ini tanpa menangani aspek matematik (fungsi gelombang)? Orbital sp 3 menunjukkan bahawa mereka berasal oleh empat orbital: satu s dan tiga p.
Kerana gabungan orbital atom ini dianggap ideal, empat orbital sp 3 yang dihasilkan adalah sama dan menempati orientasi yang berbeza di angkasa (seperti pada orbital p x , p, dan p z ).
Perkara di atas berlaku untuk sisa kemungkinan hibridisasi: bilangan orbital hibrid yang terbentuk adalah sama dengan orbit atom yang digabungkan. Sebagai contoh, orbital hibrid sp 3 d 2 terbentuk dari enam orbit atom: satu s, tiga p dan dua d.
Penyimpangan sudut ikatan
Menurut Teori Penolakan Pasangan Elektronik Valencia Shell (RPECV), sepasang elektron bebas menempati lebih banyak isipadu daripada atom terikat. Ini menyebabkan pautan berpisah, mengurangkan voltan elektronik dan menyimpang sudut dari 109.5º:
Sebagai contoh, dalam molekul air atom H terikat pada orbital sp 3 (berwarna hijau), dan juga pasangan elektron yang tidak dibahagi ":" menempati orbital ini.
Penolakan pasangan elektron ini biasanya ditunjukkan sebagai "dua bola dengan mata", yang, kerana isipadu mereka, menolak kedua-dua ikatan σ O - H.
Oleh itu, dalam air sudut ikatan sebenarnya 105º, bukannya 109.5º yang diharapkan untuk geometri tetrahedral.
Apakah geometri yang dimiliki H 2 O? Ia mempunyai geometri sudut. Kenapa? Kerana walaupun geometri elektronik adalah tetrahedral, dua pasang elektron tidak bersama memutarbelitkannya ke geometri molekul sudut.
Hibridisasi sp
Apabila atom menggabungkan dua orbital p dan satu s, ia menghasilkan tiga orbital hibrid sp 2 ; namun, satu p orbit tetap tidak berubah (kerana ada tiga daripadanya), yang diwakili sebagai bar oren di gambar atas.
Di sini, ketiga orbit sp 2 berwarna hijau untuk menonjolkan perbezaannya dari bar oren: orbital p "tulen".
Atom dengan hibridisasi sp 2 dapat digambarkan sebagai lantai rata segitiga (segitiga dilukis dengan orbital sp 2 berwarna hijau), dengan bucunya dipisahkan oleh sudut 120º dan tegak lurus dengan bar.
Dan peranan apa yang dimainkan orbital p murni? Pembentukan ikatan berganda (=). Orbital sp 2 membenarkan pembentukan tiga ikatan σ, sementara orbital p ikatan satu ikatan π (ikatan dua atau tiga melibatkan satu atau dua ikatan π).
Sebagai contoh, untuk menarik kumpulan karbonil dan struktur molekul formaldehid (H 2 C = O), lakukan seperti berikut:
Orbital sp 2 kedua-dua C dan O membentuk ikatan σ, sementara orbital tulennya membentuk ikatan π (segiempat oren).
Ini dapat dilihat bagaimana kumpulan elektronik yang lain (atom H dan pasangan elektron yang tidak dikongsi) terletak di orbital sp 2 yang lain , dipisahkan oleh 120º.
Hibridisasi sp
Pada gambar atas digambarkan atom A dengan hibridisasi sp. Di sini, orbit satu s dan orbital satu p bergabung untuk membentuk dua orbit sp yang merosot. Walau bagaimanapun, kini dua orbital p tulen tetap tidak berubah, yang membolehkan A membentuk dua ikatan berganda atau satu ikatan tiga (≡).
Dengan kata lain: jika dalam struktur C memenuhi dengan yang di atas (= C = atau C≡C), maka hibridisasi adalah sp. Untuk atom lain yang kurang ilustrasi - seperti logam peralihan - penerangan tentang geometri elektronik dan molekul adalah rumit kerana orbital d dan melalui f juga dipertimbangkan.
Orbital hibrid dipisahkan pada sudut 180º. Atas sebab ini atom terikat disusun dalam geometri molekul linear (BAB). Akhirnya, pada gambar di bawah struktur anion sianida dapat dilihat:
Rujukan
- Sven. (3 Jun 2006). Sp-Orbital. . Diakses pada 24 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Mei 2002). Ikatan dan Hibridisasi. Diakses pada 24 Mei 2018, dari: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Jalan pintas Hibridisasi. Diakses pada 24 Mei 2018, dari: masterorganicchemistry.com
- Ian Hunt. Jabatan Kimia, Universiti Calgary. hibridisasi sp3. Diakses pada 24 Mei 2018, dari: chem.ucalgary.ca
- Ikatan Kimia II: Geometri Molekul dan Hibridisasi Orbital Atom Bab 10.. Diakses pada 24 Mei 2018, dari: wou.edu
- Quimitube. (2015). Ikatan Kovalen: Pengenalan kepada Hibridisasi Orbital Atom. Diakses pada 24 Mei 2018, dari: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat., Hlm. 51). Bukit Mc Graw.