Hybridisering | Maternidad y todo

Hybridisering

Pauling (1931) introducerade det revolutionerande begreppet hybridisering. Omfördelningen av energin i enskilda atomers orbitaler för att ge nya orbitaler med likvärdig energi kallas hybridisering. De nya orbitaler som bildas kallas hybridorbitaler.

Olika typer av hybridisering tillsammans med hybridorbitaler och strukturer ges nedan:

För att diskutera exemplen måste vi här nämna hybridiseringsreglerna, som är följande:

(i) Orbitaler av endast en central atom skulle genomgå hybrodisatoin.

(ii) Orbitaler av nästan samma energinivå kan blandas för att bilda hybridorbitaler.

(iii) Antalet atomära orbitaler som blandas är alltid lika med antalet hybridorbitaler.

(iv) Under hybridiseringen blandas antalet orbitaler efter behov.

(v) De ybrida orbitalerna är fördelade i rymden och tenderar att ligga längst ifrån varandra.

(vi) Hybridbindningar är starkare än de icke-hybridiserade bindningarna.

(vii) Om en orbital väl har använts för att bygga en hybridorbital är den inte längre tillgänglig för att hålla elektroner i sin “rena” form. s- och p-orbitaler kan hybridiseras på tre sätt, som diskuteras nedan:

Sp- hybridisering: Vid en sådan hybridisering blandas en s- och en p-orbital för att bilda två sp-hybridorbitaler, som har

Hybridisation

linjär struktur med bindningsvinkel $180^0$ . Till exempel vid bildandet av $BeCl_2$ kommer först be atom i exciterat tillstånd $(2s^1 2p^1)$ , som sedan hybridiseras för att bilda två sp-hybridorbitaler. Dessa hybridorbitaler överlappar med de två p-orbitalerna hos två kloratomer för att bilda $BeCl_2$ -molekylen. Detta representeras i figuren ovan:

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

Dess andra exempel är: $CO, CO_2, C_2H_2, HCN, CN^-, N^3_3$ etc.

Hybridisering

sp2-Hybridisering: I en sådan hybridisering blandas en s- och två p-orbitaler och bildar tre $sp^2$ -hybridorbitaler, som har en plan triangulär struktur med bindningsvinkel $120^0$ . Bildningen av $BCl_3$ molekyl visas på nästa sida.

$\underset{\text{excited state}}{B} \dfrac{\uparrow}{2s}\dfrac{\uparrow}{2p_x} \dfrac{\uparrow}{2p_y} \dfrac{}{2p_z} \dfrac{sp^2 \text{hybrid}- \uparrow}{\text{disation} sp^2} \dfrac{\uparrow}{sp^2}\dfrac{\uparrow}{sp^2} \dfrac{}{2p_z} \\ \text{deras andra exempel är} CO^{2-}_3, SO_2, SO_3, C_2H_4$ etc

Hybridisering

sp3-Hybridisering: Vid en sådan hybridisering blandas en s- och tre p-orbitaler för att bilda fyra $sp^3$ -hybridorbitaler som har en tetraedrisk struktur med bindningsvinkel $109^0 28$ ‘ dvs. $109.5^0$ .bildningen av $CH_4$ -molekylen visas nedan:

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

Hybridisering

Dess andra exempel är $C_2H_6, H_2O, NH_3, NH^+_4, SO^{2-}_4, ClO^-_4$ etc.

Nu diskuterar vi några andra intressanta exempel:

Bildning av NH3- och H2O-molekyler

I $NH_2$ -molekylen är kväveatomen $sp^3$ -hybridiserad och en hybridorbital innehåller två elektroner. Nu överlappar tre 1s-orbitaler från tre väteatomer med tre $sp^3$ hybridorbitaler för att bilda $Nh_3$ molekyl. Även om vinkeln HNH borde vara $109,5^0$ , men på grund av närvaron av en ockuperad $sp^3$ – hybridorbital minskar vinkeln till $107,8^0$ . Därför är bindningsvinkeln i $NH_3$ molekyl $107,8^0$ .

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

Hybridisering

Bildning av NH3- och H2O-molekyler genom sp2-hybridisering

Samma som i $H_2O$ -molekylen är syreatomen $sp^3$ -hybridiserad och har två ockuperade banor. På grund av detta är bindningsvinkeln i vattenmolekylen $105,5^0$ .

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

Bildning av C2H4- och C2H2-molekyler

I $C_2H_4$ -molekylen är kolatomer $sp^2$ -hybridiserade och en 2p-orbital kvarstår utanför hybridisering. Denna bildar p-bindning medan $sp^2$ -hybridorbitaler bildar sigma-bindningar enligt nedan:

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

Hybridisering

Formation av C2H4-molekylen genom sp2-hybridisering

Samma sak gäller för $C_2H_2$ -molekylen, där det sker en sp-hybridisering och två 2p-orbitaler förblir utanför eller hybridisering. Därför bildas två $\pi$ -bindningar i $C_2H_2$ som visas framåt:

Hybridisering

Bildning av C2H2-molekylen genom sp-hybridisering

$dsp^2$ – Här sker en blandning av $d_{x^2- y^2}, s, p_x \text{och} p_y$ orbitaler för att ge fyra nya $dsp^2$ hybridorbitaler.

Formen är kvadratisk planär.

Ex.

$^-2$

Huvudsakligen för komplex med koordinationsnummer 4.

$sp^3d$ – Här blandas $s, p_x, p_y, p_z \text{and} dz^2$ . Sker för att bilda 5 nya hybrider som $sp^3$ hybridiseras. Formen är trigonal bipyramidal.

Hybridisering

Steg		$CH_4$	$SO_4$	$CO_2$	$NH_3$	$H_2 O$	$SO_4$	$NO_3$
	No. Valence Electrons	8	18	16	8	8	32	24
	No. av erforderliga banor	4	2	2	3	2	4	3
	Behövs Elektroner för duplex/oktett	8	16	16	6	4	32	24
	Nr. av ensamma elektronpar /2	0	1	0	1	2	0	0
	Nr. orbitaler	4	3	2	4	4	4	3

Tetrafeder

Triangulärt pyramidalt

Hybridisering	$SP^3$	$SP^2$	SP	$SP^3$	$SP^3$	$SP^3$	$SP^2$
Struktur	Tetrafeder	Triangulärt	Linjärt	Tetrafeder	Tetrafeder	Triangulärt
Geometri	Tetraeder	Angulärt	Linjärt	Angulärt	Tetraeder	Triangulärt

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

$sp^3d^2$ – Här sker en blandning av $s, p_x, p_y, p_z, d_{z2}, d_{x^2- y^2}$ för att ge 6 nya $sp^3d^2$ hybridiserade orbitaler eller hybrider.

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

Hybridisation

E.g., $SF_6, XeF_4$ etc.

Regler för beräkning av hybridisering

Följande regler iakttas för att känna till hybridiseringstypen i en förening eller en jon.

(i) Beräkna det totala antalet valenceelektroner.

(ii) Beräkna antalet duplexer eller oktetter.

$= \dfrac{\text{Total valenceelektroner}}{2}$

Or $\text{total valenselektroner}{8}$

(iii) Antal ensamma elektronpar

$\text{total antal elektroner} = \dfrac{-8 \times \text{Antal duplex}}{2}$ $\text{Totalt antal elektroner} = \dfrac{-8 \times \text{Antal oktett}}{2}$

(iv) NO. av använda orbitaler = Antal duplexer eller oktetter + Antal ensamma elektronpar

(v) Om det inte finns några ensamma elektronpar är geometrin för orbitaler och molekylen annorlunda.

Till exempel anses vissa molekyler och joner vara

Lämna ett svar Avbryt svar