Hibridizáció | Maternidad y todo

Hibridizáció

Pauling (1931) vezette be a hibridizáció forradalmi fogalmát. Az egyes atomok orbitálisai energiájának újraelosztását, hogy új, egyenértékű energiájú orbitálisok jöjjenek létre, hibridizációnak nevezzük. A kialakult új orbitálokat hibrid orbitáloknak nevezzük.

A hibridizáció különböző típusait a hibrid orbitálokkal és szerkezetekkel együtt az alábbiakban adjuk meg:

A példák tárgyalása előtt itt meg kell említenünk a hibridizációs szabályokat, amelyek a következők:

(i) Csak a központi atom orbitáljai mennének át hibridizáción.

(ii) A közel azonos energiaszintű pályák keveredhetnek hibrid pályák kialakulásához.

(iii) Az egymással kevert atomi pályák száma mindig megegyezik a hibrid pályák számával.

(iv) A hibridizáció során a pályatestek számának keveredése a követelménynek megfelelően történik.

(v) A ybrid pályatestek eloszlanak a térben és a legtávolabbra hajlanak egymástól.

(vi) A hibrid kötések erősebbek, mint a nem hibridizált kötések.

(vii) Ha egyszer egy orbitálból hibrid orbitált építettünk, az “tiszta” formájában már nem áll rendelkezésre elektronok megtartására. s- és p- orbitálok háromféleképpen hibridizálhatók, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk:

Sp- hibridizáció: Az ilyen hibridizáció során egy s- és egy p-orbitál keveredik, így két sp-hibrid orbitál alakul ki, amelyek

Hybridisation

lineáris szerkezetűek, kötésszögük $180^0$ . Például a $BeCl_2$ kialakulásakor először be atom kerül gerjesztett állapotba $(2s^1 2p^1)$ , majd hibridizálódik két sp-hibrid pálya kialakulásához. Ezek a hibrid pályák átfednek a két klóratom két p-orbitálisával, így alakul ki a $BeCl_2$ molekula. Ezt ábrázolja a fenti ábra:

be (gerjesztett állapot) $\dfrac{\uparrow}{2s}{59>. \dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{2p_y}{2p_y} \dfrac{2p_z}{2p_z} \dfrac{\text{sp hy bri-}}{\text{disation}} \dfrac{\uparrow}{sp} \dfrac{\uparrow}{sp} \dfrac{}{2p_y2p_z}$

a többi példája: $CO, CO_2, C_2H_2, HCN, CN^-, N^3_3$ stb.

Hybridizáció

sp2-Hybridizáció: Az ilyen hibridizációban egy s- és két p-orbitális keveredik, három $sp^2$ – hibridorbitált alkotva, amelyek síkbeli háromszögszerkezetűek, kötésszögük $120^0$ . A $BCl_3$ molekula kialakulása a következő oldalon látható.

$\underset{\text{gerjesztett állapot}}{B}{B} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{2p_z}{2p_z} \dfrac{sp^2 \text{hibrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2}\dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{2p_z}{2p_z} \\ \ \text{más példái} CO^{2-}_3, SO_2, SO_3, C_2H_4$ stb

Hybridizáció

sp3-Hybridizáció: Az ilyen hibridizáció során egy s- és három p-orbitális keveredik négy $sp^3$ -hibrid pálya kialakulásához, amelyek tetraéderes szerkezetűek, kötésszögük $109^0 28$ ‘ azaz $109.5^0$ .a $CH_4$ molekula kialakulása az alábbiakban látható:

$\underset{\text{gerjesztett állapot}}{C}{C} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{2p_z}{2p_z} \dfrac{sp^3 \text{hibrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3}\dfrac{\uparrow}{sp^3} \dfrac{\uparrow}{sp^3}$

Hybridizáció

Egyéb példák: $C_2H_6, H_2O, NH_3, NH^+_4, SO^{2-}_4, ClO^-_4$ stb. stb.

Most néhány további érdekes példát tárgyalunk:

NH3 és H2O molekulák keletkezése

A $NH_2$ molekulában a nitrogénatom $sp^3$ -hibridizált, és az egyik hibrid orbitál két elektront tartalmaz. Most három hidrogénatom három 1-s pályája átfedésben van három $sp^3$ hibrid pályával, így alakul ki a $Nh_3$ molekula. Bár a HNH szögnek $109,5^0$ -nak kellene lennie, de egy foglalt $sp^3$ – hibridorbitál jelenléte miatt a szög $107,8^0$ -re csökken. Ezért a $NH_3$ molekulában a kötésszög $107.8^0$ .

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

Hybridizáció

NH3 és H2O molekulák kialakulása sp2 hibridizációval

Hasonlóképpen a $H_2O$ molekulában az oxigénatom $sp^3$ – hibridizálódik és két foglalt pályával rendelkezik. Ennek köszönhetően a kötésszög a vízmolekulában $105.5^0$ .

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

C2H4 és C2H2 molekulák képződése

A $C_2H_4$ molekulában a szénatomok $sp^2$ -hibridizálódnak és egy 2p-orbitál marad ki a hibridizációra. Ez p-kötést képez, míg a $sp^2$ -hibrid orbitálisok szigma-kötést képeznek az alábbiakban látható módon:

$\underset{\text{gerjesztett állapot}}{C} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{2p_z}{2p_z} \dfrac{sp^2 \text{hibrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{\uparrow}{2p_z}$

Hybridizáció

C2H4 molekula kialakulása sp2 hibridizációval

Hasonlóan a $C_2H_2$ molekulában is sp-hybridizáció történik és két 2p-orbitális marad ki vagy hibridizáció. Ezért két $\pi$ -kötés jön létre a $C_2H_2$ -ban, ahogy az előbb látható:

Hybridizáció

C2H2 molekula kialakulása sp hibridizációval

$dsp^2$ – Itt a $d_{x^2- y^2}, s, p_x \text{és} p_y$ orbitálok keveredése történik, így négy új $dsp^2$ hibrid orbitál jön létre.

Az alak négyzetes síkú.

Ex.

$^-2$

Főleg a 4-es koordinációs számú komplexeknél.

$sp^3d$ – Itt a $s, p_x, p_y, p_z \text{és} dz^2$ keveredése történik. 5 új hibridek kialakulásához történik, amelyek $sp^3$ hibridizálódnak. Alakja trigonális bipiramis.

Hibridizáció

lépések		$CH_4$	$SO_4$	$. CO_2$	$NH_3$	$H_2 O$	$SO_4$	$NO_3$
	Nem. Valenciaelektronok	8	18	16	8	8	32	24
	No. szükséges orbitálisok száma	4	2	2	3	2	4	3
	Követelm. elektronok a duplex/oktetthez	8	16	16	6	4	32	24
	No. magányos elektronpárok száma /2	0	1	0	1	2	0	0
	No. orbitálisok száma	4	3	2	4	4	4	3

$SP^3$

	Hybridizálás	$SP^3$	$SP^2$	SP	$SP^3$	$SP^3$	$SP^2$
	Szerkezet	Tetraéder	Trianguláris	Lineáris	Tetraéder	Tetraéder	Tetraéder	Tetraéder	Trianguláris
>	Geometria	Tetraéderes	Angular	Lineáris	Trianguláris piramis	Angular	Tetraéderes	Trianguláris

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

$sp^3d^2$ – Itt a $s, p_x, p_y, p_z, d_{z2}, d_{x^2- y^2}$ keveredése történik, így 6 új $sp^3d^2$ hibridizált orbitál vagy hibrid adódik.

$\text{alak} \to \text{Octahedral}$

Hybridisation

E.g., $SF_6, XeF_4$ stb.

A hibridizáció számításának szabályai

A következő szabályokat kell betartani ahhoz, hogy egy vegyület vagy ion hibridizációjának típusát megismerjük.

(i) Számítsuk ki a valenciaelektronok teljes számát.

(ii) Számítsuk ki a duplex vagy oktett számát.

$= \dfrac{\text{összes valenciaelektron}}{2}$

Or $\text{összes valenciaelektronok}{8}$

(iii) A magányos elektronpárok száma

$\text{összes elektronszám} = \dfrac{-8 \times \text{Duplexek száma}}{2}$ $\text{Elektronok teljes száma} = \dfrac{-8 \times \text{Number of octet}{2}$

(iv) NO. használt orbitálok száma = duplex vagy oktett száma + magányos elektronpárok száma

(v) Ha nincs magányos elektronpár, akkor a molekulák és az orbitálok geometriája más.

Egyes molekulákat és ionokat például úgy tekintünk

Vélemény, hozzászólás? Kilépés a válaszból