Hybridisaatio | Maternidad y todo

Hybridisaatio

Pauling (1931) esitteli vallankumouksellisen hybridisaation käsitteen. Yksittäisten atomien orbitaalien energian uudelleenjakoa niin, että syntyy uusia, vastaavan energian orbitaaleja, kutsutaan hybridisaatioksi. Muodostuneita uusia orbitaaleja kutsutaan hybridiorbitaaleiksi.

Erilaiset hybridisaatiotyypit yhdessä hybridiorbitaalien ja -rakenteiden kanssa on esitetty seuraavassa:

Ennen esimerkkien käsittelemistä on tässä yhteydessä mainittava hybridisaatiosäännöt, jotka ovat seuraavat:

(i) Ainoastaan sentraalisen atomin orbitaalit kävisivät läpi hybrodisatoin.

(ii) Lähes saman energiatason orbitaalit voivat sekoittua muodostaen hybridiorbitaaleja.

(iii) Yhdessä sekoittuneiden atomiorbitaalien lukumäärä on aina yhtä suuri kuin hybridiorbitaalien lukumäärä.

(iv) Hybridisaation aikana orbitaalien lukumäärän sekoittuminen tapahtuu tarpeen mukaan.

(v) Ybridiorbitaalit jakautuvat avaruudessa ja pyrkivät etäämmälle toisistaan.

(vi) Hybridisidokset ovat vahvempia kuin hybridisoimattomat sidokset.

(vii) Jos orbitaalia on kerran käytetty hybridiorbitaalin rakentamiseen, se ei ole enää käytettävissä pitämään elektroneja “puhtaassa” muodossaan. s- ja p-orbitaaleja voidaan hybridisoida kolmella tavalla, joita käsitellään seuraavassa:

Sp- Hybridisointi: Tällaisessa hybridisaatiossa yksi s- ja yksi p-orbitaali sekoittuvat muodostaen kaksi sp-hybridiorbitaalia, joilla on

Hybridisation

lineaarinen rakenne, jonka sidoskulma on $180^0$ . Esimerkiksi muodostettaessa $BeCl_2$ , ensin be-atomi tulee kiihottuneeseen tilaan $(2s^1 2p^1)$ , jonka jälkeen se hybridisoituu muodostaen kaksi sp-hybridiorbitaalia. Nämä hybridiorbitaalit limittyvät kahden klooriatomin kahden p-orbitaalin kanssa muodostaen $BeCl_2$ -molekyylin. Tämä on esitetty yllä olevassa kuvassa:

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

muut esimerkit ovat: $CO, CO_2, C_2H_2, HCN, CN^-, N^3_3$ jne.

Hybridisaatio

sp2-Hybridisaatio: Tällaisessa hybridisaatiossa yksi s- ja kaksi p-orbitaalia sekoittuvat muodostaen kolme $sp^2$ – hybridiorbitaalia, joilla on tasomainen kolmionmuotoinen rakenne sidoskulmalla $120^0$ . $BCl_3$ -molekyylin muodostuminen on esitetty seuraavalla sivulla.

$\underset{\text{excited state}}{B}{B} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac}{2p_z} \dfrac{sp^2 \text{hybrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2}\dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac}{2p_z} \\ \ \text{sen muut esimerkit ovat} CO^{2-}_3, SO_2, SO_3, C_2H_4$ jne

Hybridisaatio

sp3-Hybridisaatio: Tällaisessa hybridisaatiossa yksi s- ja kolme p-orbitaalia sekoittuvat muodostaen neljä $sp^3$ -hybridiorbitaalia, joilla on tetraedrinen rakenne sidekulmalla $109^0 28$ ‘ eli $109.5^0$ . $CH_4$ molekyylin muodostuminen on esitetty seuraavassa:

$\underset{³$

Hybridisaatio

Muut esimerkit ovat $C_2H_6, H_2O, NH_3, NH^+_4, SO^{2-}_4, ClO^-_4$ jne.

Keskustelemme nyt muutamista muista mielenkiintoisista esimerkeistä:

NH3- ja H2O-molekyylien muodostuminen

Molekyylissä $NH_2$ typpiatomi on $sp^3$ -hybridisoitunut ja yksi hybridiorbitaali sisältää kaksi elektronia. Nyt kolmen vetyatomin kolme 1s-orbitaalia limittyy kolmen $sp^3$ -hybridiorbitaalin kanssa muodostaen $Nh_3$ -molekyylin. Vaikka kulman HNH pitäisi olla $109.5^0$ , mutta yhden miehitetyn $sp^3$ – hybridiorbitaalin vuoksi kulma pienenee $107.8^0$ . Näin ollen $NH_3$ -molekyylin sidoskulma on $107.8^0$ .

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

Hybridisaatio

NH3- ja H2O-molekyylien muodostuminen sp2-hybridisaatiolla

Samoin $H_2O$ -molekyylissä happiatomi on $sp^3$ – hybridisoitunut, ja sillä on hinauksessa varattuja orbitaaleja. Tästä johtuen sidekulma vesimolekyylissä on $105.5^0$ .

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

C2H4- ja C2H2-molekyylien muodostuminen

Molekyylissä $C_2H_4$ hiiliatomit ovat $sp^2$ -hybridisoituneet ja yksi 2p-orbitaali jää hybridisaation ulkopuolelle. Tämä muodostaa p-sidoksen, kun taas $sp^2$ -hybridiorbitaalit muodostavat sigma-sidoksia alla esitetyllä tavalla:

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

Hybridisaatio

C2H4-molekyylin muodostuminen sp2-hybridisaatiolla

Vastaavasti $C_2H_2$ -molekyylissä tapahtuu sp-hybridisaatio ja kaksi 2p-orbitaalia jää pois eli hybridisaatio. Siksi $C_2H_2$ -molekyyliin muodostuu kaksi $\pi$ -sidosta, kuten edellä on esitetty:

Hybridisaatio

C2H2-molekyylin muodostuminen sp-hybridisaatiolla

$dsp^2$ – Tässä tapahtuu $d_{x^2- y^2}-, s-, s-, p_x- ja p_y-orbitaalien$ sekoittuminen keskenään niin, että syntyy neljä uutta $dsp^2$ hybridiorbitaalia.

Muoto on neliötasomainen.

Ex.

$^-2$

Pääasiassa komplekseille, joiden koordinaationumero on 4.

$sp^3d$ – Täällä sekoittuvat $s, p_x, p_y, p_z \text{and} dz^2$ . Tapahtuu muodostaen 5 uutta hybridiä, jotka ovat $sp^3$ hybridisoituneet. Muoto on trigonaalinen bipyramidi.

Hybridisaatio

Vaiheet		$CH_4$	$SO_4$	$. CO_2$	$NH_3$	$H_2 O$	$SO_4$	$NO_3$
	ei. Valenssielektronien	8	18	16	8	8	32	24
	Nro. vaadittavien orbitaalien määrä	4	2	2	3	2	4	3
	Tarpeellinen elektronit dupleksia/ oktettia varten	8	16	16	6	4	32	24
	No. yksinäisten elektroniparien /2	0	1	0	1	2	0	0
	Nro. orbitaalien	4	3	2	4	4	4	3

$SP^3$

Triangulaarinen

Hybridisaatio	$SP^3$	$SP^2$	SP	$SP^3$	$SP^3$	$SP^2$
Rakenne	Tetraedrinen	Triangulaarinen	Lineaarinen	Tetraedrinen	Tetraedrinen	Tetraedrinen	Tetraedrinen
Geometria	Tetraedrinen	Kulmikas	Lineaarinen	Kolmikulmainen Pyramidi	Kulmikas	Tetraedrinen	Kolmikulmainen

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

$sp^3d^2$ – Tässä tapahtuu $s:n, p_x:n, p_y:n, p_z:n, d_{z2}:n, d_{x^2- y^2}:n$ sekoittuminen keskenään, jolloin syntyy 6 uutta $sp^3d^2$ hybridi- tai hybridisoitunutta orbitaalia.

$\text{Shape} \to \text{Octahedral}$

Hybridisation

E.g., $SF_6, XeF_4$ jne.

Hybridisaation laskentasäännöt

Yhdisteen tai ionin hybridisaatiotyypin tuntemiseksi noudatetaan seuraavia sääntöjä.

(i) Lasketaan valenssielektronien kokonaismäärä.

(ii) Lasketaan dupleksin tai oktetin määrä.

$= \dfrac{\text{Kokonaisvalenssielektronit}}{2}$

Or $\text{Kokonaisvalenssielektronit}{8}$

(iii) Yksinäisten elektroniparien lukumäärä

$\text{Kokonaiselektronien lukumäärä} = \dfrac{-8 \times \text{Kaksoiskappalemäärä}}{2}$ $\text{Elektronien kokonaislukumäärä} = \dfrac{-8 \times \text{Kaksoiskappalemäärä}{2}$

(iv) NO. of used orbital = Dupleksin tai oktetin lukumäärä + yksinäisten elektroniparien lukumäärä

(v) Jos yksinäisiä elektronipareja ei ole, niin orbitaalien ja molekyylin geometria on erilainen.

Esimerkiksi joitakin molekyylejä ja ioneja pidetään

Vastaa Peruuta vastaus