Ibridazione chimica sp, sp2, sp3

il ibridazione chimica E 'il "mix" degli orbitali atomici, il cui concetto è stato introdotto dal chimico Linus Pauling nel 1931 per coprire le imperfezioni teoria legame di valenza (TEV). Quali imperfezioni? Queste sono: le geometrie molecolari e le lunghezze di collegamento equivalenti in molecole come il metano (CH₄).

Secondo il TEV in metano orbitali atomici di forma C quattro legami σ quattro atomi H. orbitali 2p, con forme di ∞ (basso) C sono perpendicolari l'uno all'altro, in modo che H dovrebbe essere separato da ciascun di altri con un angolo di 90 °.

Inoltre, l'orbitale 2s (sferico) si lega a C 1s H orbitale ad un angolo di 135 ° rispetto agli altri tre H. Tuttavia, sperimentalmente trovato che gli angoli in CH₄ sono 109,5º e che, inoltre, le lunghezze dei legami C-H sono equivalenti.

Per spiegare questo, si deve considerare una combinazione degli orbitali atomici originali per formare quattro orbitali ibridi degenerati (di uguale energia). Qui entra in gioco l'ibridazione chimica. Come sono gli orbitali ibridi? Dipende dagli orbitali atomici che li generano. Allo stesso modo, esibiscono una miscela di caratteristiche elettroniche di questi.

indice

• 1 ibridizzazione Sp3
  • 1.1 Interpretazione
  • 1.2 Deviazioni degli angoli dei collegamenti
• 2 Ibridazione sp2
• 3 Ibridazione sp
• 4 riferimenti

Ibridazione sp³

Nel caso di CH₄, l'ibridazione di C è sp³. Da questo approccio, la geometria molecolare è spiegata con quattro orbitali sp³ separati a 109,5º e rivolti verso i vertici di un tetraedro.

Nell'immagine sopra puoi vedere come sono gli orbitali dello sp³ (verde) stabilisce un ambiente elettronico tetraedrico attorno all'atomo (A, che è C per il CH₄).

Perché 109.5º e non altri angoli, per "disegnare" una geometria diversa? Il motivo è perché questo angolo minimizza le repulsioni elettroniche dei quattro atomi che sono collegati ad A.

In questo modo, la molecola CH₄ può essere rappresentato come un tetraedro (geometria molecolare tetraedrica).

Se, invece di H, C formasse collegamenti con altri gruppi di atomi, quale sarebbe la sua ibridazione? Finché il carbonio forma quattro legami σ (C-A), la sua ibridazione sarà sp³.

Si può presumere che in altri composti organici come CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cicloesano), ecc., il carbonio ha un'ibridazione sp³.

Questo è fondamentale per disegnare strutture organiche, dove i carboni con legami semplici rappresentano punti di divergenza; cioè, la struttura non rimane su un solo piano.

interpretazione

Qual è l'interpretazione più semplice per questi orbitali ibridi senza affrontare gli aspetti matematici (le funzioni d'onda)? Gli orbitali dello sp³ implicano che erano originati da quattro orbitali: uno s e tre p.

Perché la combinazione di questi orbitali atomici dovrebbe essere l'ideale, i quattro orbitali sp³ risultanti sono identici e occupano diversi orientamenti nello spazio (come negli orbitali p_x, p_e e p_z).

Quanto sopra è applicabile per il resto delle possibili ibridazioni: il numero di orbitali ibridi che si formano è uguale a quello degli orbitali atomici combinati. Ad esempio, gli orbitali ibridi sp³d² sono formati da sei orbitali atomici: uno s, tre p e due d.

Deviazioni degli angoli dei collegamenti

Secondo la teoria della coppia di elettroni repulsione strato Valencia (VSEPR), una coppia di elettroni liberi occupa più volume di un atomo legato. Questo fa sì che i collegamenti si allontanino, diminuendo la tensione elettronica e deviando gli angoli di 109,5º:

Per esempio, nella molecola d'acqua gli atomi di H sono legati agli orbitali dello sp³ (in verde) e anche le coppie di elettroni non condivisi ":" occupano questi orbitali.

Repulsioni di queste coppie di elettroni è solitamente rappresentati come "due palloncini con occhi", che, a causa della loro volume, repellenti due collegamenti σ O-H.

Quindi, nell'acqua gli angoli dei collegamenti sono in realtà di 105º, invece dei 109,5º previsti per la geometria tetraedrica.

Che geometria ha allora?₂O? Ha una geometria angolare. Perché? Perché sebbene la geometria elettronica sia tetraedrica, due coppie di elettroni non condivisi ne riducono la geometria molecolare angolare.

Ibridazione sp²

Quando un atomo combina due orbitali di p e uno, genera tre sp²; tuttavia, un orbitale p rimane invariato (perché sono tre), che è rappresentato come una barra arancione nell'immagine in alto.

Qui, i tre orbitali sp² sono verdi per evidenziare la loro differenza dalla barra arancione: l'orbitale "puro".

Un atomo con ibridazione sp² può essere visualizzato come un piano trigonale piano (il triangolo disegnato con gli orbitali sp)² verde), con i loro vertici separati da angoli di 120 ° e perpendicolari a una barra.

E quale ruolo gioca il puro gioco p orbitale? Quello di formare un doppio legame (=). Gli orbitali dello sp² permettono la formazione di tre legami σ, mentre il p orbitale puro un legame π (un legame doppio o triplo implica uno o due legami π).

Ad esempio, per disegnare il gruppo carbonile e la struttura della molecola di formaldeide (H₂C = O), procede come segue:

Gli orbitali dello sp² entrambi di C e O formano un legame σ, mentre i loro orbitali puri formano un legame π (il rettangolo arancione).

Si può vedere come il resto dei gruppi elettronici (H atomi e coppie di elettroni non condivisi) si trovano negli altri orbitali sp.², separati da 120º.

Ibridazione sp

L'immagine in alto mostra un atomo A con ibridazione sp. Qui, un orbitale e un p orbitale si uniscono per originare due orbitali deg degenerati. Tuttavia, ora due orbitali p puri rimangono invariati, il che consente a A di formare due doppi legami o un triplo legame (≡).

In altre parole: se in una struttura un C è conforme a quanto sopra (= C = o C≡C), allora la sua ibridazione è sp. Per altri atomi meno illustrativi, come i metalli di transizione, la descrizione delle geometrie elettroniche e molecolari è complicata perché si considerano anche gli orbitali d e persino il f.

Gli orbitali ibridi sono separati da un angolo di 180º. Per questo motivo gli atomi collegati sono disposti in una geometria molecolare lineare (B-A-B). Infine, nell'immagine qui sotto puoi vedere la struttura dell'anione di cianuro:

riferimenti

1. Sven. (3 giugno 2006). S-orbitali p. [Figura]. Estratto il 24 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Maggio 2002). Incollaggio e ibridazione. Estratto il 24 maggio 2018 da: chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Una scorciatoia di ibridazione. Estratto il 24 maggio 2018 da: masterorganicchemistry.com
4. Dr. Ian Hunt. Dipartimento di Chimica, Università di Calgary. ibridazione sp3. Estratto il 24 maggio 2018 da: chem.ucalgary.ca
5. Chemical Bonding II: Geometria molecolare e ibridazione degli Orbitali atomici Capitolo 10. [PDF]. Estratto il 24 maggio 2018 da: wou.edu
6. Quimitube. (2015). Legame covalente: introduzione all'ibridazione degli orbitali atomici. Estratto il 24 maggio 2018 da: quimitube.com
7. Shiver e Atkins. (2008). Chimica inorganica (Quarta edizione, pagina 51). Mc Graw Hill.