Hybridizace | Maternidad y todo

Hybridizace

Pauling (1931) představil revoluční koncept hybridizace. Přerozdělení energie orbitalů jednotlivých atomů za vzniku nových orbitalů s ekvivalentní energií se nazývá hybridizace. Nově vzniklé orbitaly se nazývají hybridní orbitaly.

Různé typy hybridizace spolu s hybridními orbitaly a strukturami jsou uvedeny níže:

Předtím, než se budeme zabývat příklady, musíme zde zmínit pravidla hybridizace, která jsou následující:

(i) Hybridizaci by podléhaly pouze orbitaly centrálního atomu.

(ii) Orbitaly téměř stejné energetické hladiny lze smíchat a vytvořit hybridní orbitaly.

(iii) Počet smíšených atomových orbitalů je vždy roven počtu hybridních orbitalů.

(iv) Při hybridizaci dochází k míchání počtu orbitalů podle potřeby.

(v) Hybridní orbitaly jsou rozloženy v prostoru a bývají od sebe nejdále.

(vi) Hybridní vazby jsou pevnější než nehybridní vazby.

(vii) Pokud byl orbital jednou použit k vytvoření hybridního orbitalu, není již k dispozici pro držení elektronů ve své “čisté” podobě. s- a p- orbitaly lze hybridizovat třemi způsoby, které jsou popsány níže:

Sp- hybridizace: Při takové hybridizaci se jednou s- a jednou p-orbital smísí a vytvoří dva sp-hybridní orbitaly, které mají

Hybridisation

lineární strukturu s vazebným úhlem $180^0$ . Například při vzniku $BeCl_2$ nejprve be atom přichází do excitovaného stavu $(2s^1 2p^1)$ , poté se hybridizuje za vzniku dvou sp-hybridních orbitalů. Tyto hybridní orbitaly se překrývají se dvěma p-orbitály dvou atomů chloru a vytvářejí molekulu $BeCl_2$ . To je znázorněno na obrázku uvedeném výše:

be (excitovaný stav) $\dfrac{\uparrow}{2s} \dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{}{2p_y} \dfrac{}{2p_z} \dfrac{\text{sp hy bri-}}{\text{disation}} \dfrac{\uparrow}{sp} \dfrac{\uparrow}{sp} \dfrac{}{2p_y2p_z}$

jeho další příklady jsou: $CO, CO_2, C_2H_2, HCN, CN^-, N^3_3$ atd.

Hybridizace

sp2-Hybridizace: Při takové hybridizaci se smísí jeden s- a tow p-orbitál a vytvoří tři $sp^2$ – hybridní orbitaly, které mají planární trojúhelníkovou strukturu s vazebným úhlem $120^0$ . Vznik molekuly $BCl_3$ je znázorněn na následující straně.

$\underset{\text{excitovaný stav}}{B} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{}{2p_z} \dfrac{sp^2 \text{hybrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2}\dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{}{2p_z} \\ \text{jeho další příklady jsou} CO^{2-}_3, SO_2, SO_3, C_2H_4$ atd

Hybridizace

sp3-Hybridizace: Při takové hybridizaci se smísí jeden s- a tři p-orbitaly a vzniknou čtyři $sp^3$ -hybridní orbitaly s tetraedrickou strukturou s vazebným úhlem $109^0 28$ ‘ tj. $109,5^0$ . vznik molekuly $CH_4$ je znázorněn níže:

$\underset{\text{vybuzený stav}}{C} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{}{2p_z} \dfrac{sp^3 \text{hybrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3}\dfrac{\uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3}$

Hybridizace

Její další příklady jsou $C_2H_6, H_2O, NH_3, NH^+_4, SO^{2-}_4, ClO^-_4$ atd.

Nyní probereme některé další zajímavé příklady:

Tvorba molekul NH3 a H2O

V $NH_2$ molekule je atom dusíku $sp^3$ -hybridizován a jeden hybridní orbital obsahuje dva elektrony. Nyní se tři 1s- orbitaly tří atomů vodíku překrývají se třemi $sp^3$ hybridními orbitaly a tvoří molekulu $Nh_3$ . Úhel HNH by sice měl být $109,5^0$ , ale vzhledem k přítomnosti jednoho obsazeného $sp^3$ – hybridního orbitalu se úhel zmenší na $107,8^0$ . Proto je vazebný úhel v molekule $NH_3$ $107,8^0$ .

$\dfrac{\downarrow \uparrow}{2s}. \dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{\uparrow}{2p_z} \dfrac{sp^3 \text{hybrid}-\downarrow \uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3}$

Hybridizace

Tvorba molekul NH3 a H2O hybridizací sp2

Podobně v molekule $H_2O$ je atom kyslíku $sp^3$ – hybridizován a má obsazené orbitaly. Díky tomu je vazebný úhel v molekule vody $105,5^0$ .

$O \dfrac{\downarrow \uparrow}{2s}. \dfrac{\downarrow \uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{\uparrow}{2p_z} \dfrac{sp^3 \text{hybrid-} \downarrow \uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3}$

Tvorba molekul C2H4 a C2H2

V $C_2H_4$ molekule jsou atomy uhlíku $sp^2$ -hybridizovány a jeden 2p-orbital zůstává mimo hybridizaci. Ten tvoří p-vazbu, zatímco $sp^2$ -hybridní orbitaly tvoří sigma-vazby, jak je uvedeno níže:

$\underset{\text{excitovaný stav}}{C} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{}{2p_z} \dfrac{sp^2 \text{hybrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{\uparrow}{2p_z}$

Hybridizace

Tvorba molekuly C2H4 hybridizací sp2

Podobně v molekule $C_2H_2$ dochází k sp-hybridizaci a dva 2p-orbitaly zůstávají mimo nebo hybridizovány. Proto v $C_2H_2$ vznikají dvě $\pi$ -vazby, jak je znázorněno vpředu:

Hybridizace

Tvorba molekuly C2H2 sp hybridizací

$dsp^2$ – Zde dochází k prolínání $d_{x^2- y^2}, s, p_x \text{a} p_y$ orbitalů a vznikají čtyři nové $dsp^2$ hybridní orbitaly.

Tvar je čtvercový planární.

Ex.

$^-2$

Hlavně u komplexů s koordinačním číslem 4.

$sp^3d$ – Zde dochází k prolínání $s, p_x, p_y, p_z \text{a} dz^2$ . Probíhá za vzniku 5 nových hybridů, které jsou $sp^3$ hybridizovány. Tvar je trigonální bipyramidální.

Hybridizace

Kroky		$CH_4$	$SO_4$	$. CO_2$	$NH_3$	$H_2 O$	$SO_4$	$NO_3$
	Ne. Valenčních elektronů	8	18	16	8	8	32	24
	Čís. požadovaných orbitalů	4	2	2	3	2	4	3
	Potřebné. elektronů pro duplex/oktet	8	16	16	6	4	32	24
	č. osamělých párů elektronů /2	0	1	0	1	2	0	0
	Č. orbitalů	4	3	2	4	4	4	3

Hybridizace	$. SP^3$	$SP^2$	SP	$SP^3$	$SP^3$	$SP^3$	$SP^2$
Struktura	Třístěnná	Trojúhelníková	Lineární	Třístěnná	Třístěnná	Třístěnná	Třístěnná
Geometrie	Tetraedrální	Angulární	Lineární	Trojúhelníkový pyramidální	Angulární	Tetraedrální	Trojúhelníkový

E.g., $PCl_5, XeF_2, I^-_3$

$sp^3d^2$ – Zde dochází k promíchání $s, p_x, p_y, p_z, d_{z2}, d_{x^2- y^2}$ a vzniká 6 nových $sp^3d^2$ hybridizovaných orbitalů nebo hybridů.

$\text{Tvar} \to \text{Octahedral}$

Hybridisation

E.g., $SF_6, XeF_4$ atd.

Pravidla pro výpočet hybridizace

Pro zjištění typu hybridizace ve sloučenině nebo iontu se dodržují následující pravidla.

(i) Vypočítejte celkový počet valenčních elektronů.

(ii) Vypočítejte počet duplexů nebo oktetů.

$= \dfrac{\text{Celkový počet valenčních elektronů}}{2}$

Nebo $\text{Celkový počet valenčních elektronů}{8}$

(iii) Počet osamělých párů elektronů

$\text{Celkový počet elektronů} = \dfrac{-8 \krát \text{Počet duplexů}}{2}$ $\text{Celkový počet elektronů} = \dfrac{-8 \krát \text{Počet oktetů}}{2}$

(iv) NE. použitých orbitalů = č. duplexu nebo oktetu + č. osamělých párů elektronů

(v) Pokud neexistuje žádný osamělý pár elektronů, pak se geometrie orbitalů a molekuly liší.

Například některé molekuly a ionty se považují za

Napsat komentář Zrušit odpověď na komentář