Hybrydyzacji z węgla polega na połączeniu dwóch czystych orbitali atomowych w celu utworzenia nowego orbitalu molekularnego „hybrydowe” z jego cechami. Pojęcie orbitalu atomowego daje lepsze wyjaśnienie niż poprzednia koncepcja orbity, aby ustalić przybliżenie, gdzie istnieje większe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w atomie.

Innymi słowy, orbital atomowy jest reprezentacją mechaniki kwantowej, która daje wyobrażenie o położeniu elektronu lub pary elektronów w określonym obszarze w atomie, gdzie każdy orbital jest zdefiniowany zgodnie z wartościami jego liczb kwant.

Liczby kwantowe opisują stan układu (np. Elektronu wewnątrz atomu) w danym momencie, poprzez energię należącą do elektronu (n), moment pędu, który opisuje w swoim ruchu (l), powiązany moment magnetyczny (m) i spin elektronu podróżującego w atomie (atomach).

Te parametry są unikalne dla każdego elektronu na orbicie, więc dwa elektrony nie mogą mieć dokładnie takich samych wartości czterech liczb kwantowych, a każdy orbital może być zajęty przez co najwyżej dwa elektrony.

Co to jest hybrydyzacja węgla?

Aby opisać hybrydyzację węgla, należy wziąć pod uwagę, że charakterystyka każdego orbitalu (jego kształt, energia, rozmiar itp.) Zależy od konfiguracji elektronowej, jaką ma każdy atom.

Oznacza to, że charakterystyka każdego orbitalu zależy od rozmieszczenia elektronów w każdej „powłoce” lub poziomie: od najbliższego jądra do najbardziej zewnętrznego, znanego również jako powłoka walencyjna.

Elektrony na najbardziej zewnętrznym poziomie są jedynymi dostępnymi do utworzenia wiązania. Dlatego też, gdy tworzy się wiązanie chemiczne między dwoma atomami, generowane jest nakładanie się lub nakładanie dwóch orbitali (po jednym z każdego atomu), co jest ściśle związane z geometrią cząsteczek.

Jak wcześniej wspomniano, każdy orbital może być wypełniony maksymalnie dwoma elektronami, ale należy przestrzegać zasady Aufbau, za pomocą której orbitale są wypełniane zgodnie z ich poziomem energii (od najmniejszego do największego), jak pokazano pokazuje poniżej:

W ten sposób najpierw wypełnia się poziom 1 s, następnie 2 s, następnie 2 p i tak dalej, w zależności od tego, ile elektronów ma atom lub jon.

Zatem hybrydyzacja jest zjawiskiem odpowiadającym cząsteczkom, ponieważ każdy atom może wnosić tylko czyste orbitale atomowe (s, p, d, f), a ze względu na połączenie dwóch lub więcej orbitali atomowych, taką samą ilość orbitali atomowych orbitale hybrydowe, które umożliwiają połączenia między elementami.

Główne rodzaje

Orbitale atomowe mają różne kształty i orientacje przestrzenne, a ich złożoność rośnie, jak pokazano poniżej:

Zaobserwowano, że istnieje tylko jeden typ orbitalu s (kształt kulisty), trzy typy orbitalu p (kształt zrazikowy, gdzie każdy płat jest zorientowany na osi przestrzennej), pięć typów orbitalu d i siedem typów orbitalu f, gdzie każdy rodzaj orbital posiada dokładnie taką samą energię jak inne tego typu.

Atom węgla w stanie podstawowym ma sześć elektronów, których konfiguracja wynosi 1 s ² 2 s ² 2 p ^2. Oznacza to, że powinny one zajmować poziom 1 s (dwa elektrony), 2 s (dwa elektrony) i częściowo 2p (dwa pozostałe elektrony) zgodnie z zasadą Aufbau.

Oznacza to, że atom węgla ma tylko dwa niesparowane elektrony na orbicie 2 p, ale w związku z tym nie jest możliwe wyjaśnienie powstawania lub geometrii cząsteczki metanu (CH ₄ ) lub innych bardziej złożonych.

Zatem do utworzenia tych wiązań potrzebna jest hybrydyzacja orbitali s i p (w przypadku węgla), aby wygenerować nowe orbitale hybrydowe, które wyjaśniają nawet wiązania podwójne i potrójne, w których elektrony uzyskują najbardziej stabilną konfigurację do tworzenia cząsteczek. .

Hybrydyzacja Sp

Hybrydyzacja sp ³ polega na utworzeniu czterech „hybrydowych” orbitali z czystych orbitali 2s, 2p _x , 2p _y i 2p _z .

W ten sposób następuje przegrupowanie elektronów na poziomie 2, gdzie są cztery elektrony dostępne do utworzenia czterech wiązań i są one ułożone równolegle, aby mieć mniej energii (większą stabilność).

Przykładem jest cząsteczka etylenu (C ₂ H ₄ ), której wiązania tworzą kąty 120 ° między atomami i nadają jej płaską geometrię trygonalną.

W tym przypadku generowane są pojedyncze wiązania CH i CC (dzięki orbitali sp ² ) i wiązanie podwójne CC (dzięki orbitalowi p), aby utworzyć najbardziej stabilną cząsteczkę.

Hybrydyzacja Sp

Przez sp ² hybrydyzacji , trzy „hybryda” orbitale są generowane z czystych 2s orbitalnych i trzech czystych orbitale 2p. Ponadto uzyskuje się czysty orbital p, który uczestniczy w tworzeniu podwójnego wiązania (zwanego pi: „π”).

Przykładem jest cząsteczka etylenu (C ₂ H ₄ ), której wiązania tworzą kąty 120 ° między atomami i nadają jej płaską geometrię trygonalną. W tym przypadku wiązania pojedyncze CH i CC (dzięki orbitali sp ² ) i wiązanie podwójne CC (dzięki orbitalowi p) są generowane, aby utworzyć najbardziej stabilną cząsteczkę.