En Tutorial for Hybrid orbitaler
I et forsøk på å forstå molekylære strukturen i form av atomorbitalene, kjemikere utviklet valens-bindingen teori på 1920-tallet. Mens VB teorien ikke forklare egenskapene til alle molekylene, er det en god modell som er spesielt nyttig i organisk kjemi. Begrepet hybrid orbitaler er viktig i VB teorien. Før du begynner, bør du allerede har en god kjennskap til Lewis punktstrukturer og VSEPR (valensskallet elektron par frastøting).
Bruksanvisning
1 Tegn den mest plausible Lewis punktstruktur for molekylet du ønsker å analysere. Huske at en Orbital er bølgefunksjonen av et elektron, som oppnås som en oppløsning av den Schrodinger ligning. Den enkleste måten å tenke på en Orbital er som en region med høy sannsynlighet tetthet, noe som betyr at regionen innenfor som elektronet er mest sannsynlig å bli funnet. VB teori beskriver bindinger mellom atomer som områder av baneoverlapper hverandre, hvor orbitaler fra begge atomene overlapper hverandre eller smelter sammen til et enkelt område med høy sannsynlighet tetthet. I hydrogenmolekyl, for eksempel, ville s-orbitale av hvert hydrogenatom overlapper med den andre for å danne et sammenhengende område med høy sannsynlighetstetthet rundt begge atomer. Binding mellom atomene vil ofte nødvendiggjøre hybrid orbitaler, som er kombinasjonen av de orbitaler i et atom (kombinasjoner av en s- og p-typen orbital, for eksempel).
2 Tell antall regioner av elektrontettheten rundt et atom i den Lewis punktstruktur for å bestemme dens hybridisering. En enslig par teller som én region; en obligasjon, enten det er enkel, dobbel eller trippel, teller også som en region. Oksygenatomet i vann, for eksempel, har fire områder med høy elektrontetthet (to lone par og to bindinger), mens ett av de to karbonatomer i eten (C2H4) har tre områder med høy elektrontetthet (dobbeltbindingen teller som bare én region).
3 Bestem hvor mange hybrid orbitaler atom behov. Atomet vil ha en hybrid orbital for hver region av elektrontettheten du regnet på Lewis punktstruktur. Oksygenet i vann, for eksempel, vil ha fire hybride orbitaler, mens hver av karbonatomene i eten vil ha tre hybride orbitaler. En hybrid orbital er dannet ved å kombinere en s-orbital med ett eller flere p- og d-orbitaler for å danne et hybrid som ser ut omtrent som en mellomting mellom begge banetyper. Det tar N atomorbitalene for å danne N hybrid orbitaler, slik at antall hybrid orbitaler er det samme som antall orbitaler man kombineres for å lage dem.
4 Bestem atom hybridisering ordning basert på antall hybrid orbitaler du trenger. En sp-hybrid har to hybrid orbitaler, mens en sp2 hybrid har tre og en sp3 hybrid har fire. Noen elementer fra periode 3 og nedenfor kan også bruke d-orbitaler til å danne flere hybrid orbitaler - sp3d har fire hybrid orbitaler, for eksempel, mens sp3d2 har fem. I organisk kjemi vil du vanligvis skal jobbe med karbonforbindelser, så SP3 skal være den mest du vil se.
5 Beskriv molekylet geometri ved å dedusere det fra hybridisering ordningen. På grunn av frastøtning mellom elektroner, vil regionene i elektrontettheten skille ut så langt som mulig, slik at sp-hybrid orbitaler er lineære, mens sp2 er trigonale plane og sp3 er tetraedrisk. Dobbel og trippelbindinger dannes ved uhybridiserte overlappende p-orbitaler. Oksygenatomet i vann, for eksempel, er sp3-hybridisert, så dens hybrid orbitaler vil ha en tetraedrisk ordning.
Hint
- Merk at det er et unntak fra disse reglene. Hvis et atom er omgitt av to eller flere tilstøtende p-orbitaler og har en enslig par, kan den ensomme par flytter inn i et av p-orbitaler og atomet vil ha en mindre hybrid orbital enn vi ville forvente basert utelukkende på Lewis dot struktur. Det mest vanlig eksempel er en amidgruppe (en karbonylgruppe bundet til et nitrogen bundet til et hydrogen). Vi forventer, basert utelukkende på Lewis punktstruktur, som nitrogenet i et amid ville være et sp3 hybrid. Men på grunn av de tilstøtende p-orbitaler, er det faktisk en sp2-hybrid og dermed danner obligasjoner arrangert i en trigonale plan måte.