Il ibridazione chimica è la "miscela" di orbitali atomici, il cui concetto è stato introdotto dal chimico Linus Pauling nel 1931 per coprire le imperfezioni della Teoria del legame di Valencia (TEV). Quali imperfezioni? Questi sono: geometrie molecolari e lunghezze di legame equivalenti in molecole come il metano (CH4).
Secondo TEV, nel metano gli orbitali atomici C formano quattro legami σ con quattro atomi di H. Gli orbitali 2p, con forme di forma (immagine in basso) di C sono perpendicolari tra loro, quindi la H dovrebbe essere a pochi Angolo di 90º.
Inoltre, l'orbitale 2s (sferico) di C si lega all'orbitale 1s di H con un angolo di 135º rispetto agli altri tre H. Tuttavia, sperimentalmente è stato trovato che gli angoli in CH4 sono 109,5º e che, inoltre, le lunghezze dei legami C-H sono equivalenti.
Per spiegare questo, una combinazione degli orbitali atomici originali deve essere considerata per formare quattro orbitali ibridi degeneri (di uguale energia). Qui entra in gioco l'ibridazione chimica. Come sono gli orbitali ibridi? Dipende dagli orbitali atomici che li generano. Presentano anche una miscela delle caratteristiche elettroniche di questi.
Indice articolo
Nel caso di CH4, l'ibridazione di C è sp3. Da questo approccio, la geometria molecolare viene spiegata con quattro orbitali sp3 109,5º di distanza e che punta verso i vertici di un tetraedro.
Nell'immagine in alto puoi vedere come gli orbitali sp3 (di colore verde) stabiliscono un ambiente elettronico tetraedrico attorno all'atomo (A, che è C per CH4).
Perché 109,5º e non altri angoli, per "disegnare" una geometria diversa? Il motivo è perché questo angolo riduce al minimo le repulsioni elettroniche dei quattro atomi che si legano ad A.
Quindi, la molecola CH4 può essere rappresentato come un tetraedro (geometria molecolare tetraedrica).
Se, invece di H, C formasse legami con altri gruppi di atomi, quale sarebbe la loro ibridazione? Finché il carbonio forma quattro legami σ (C-A), la loro ibridazione sarà sp3.
Di conseguenza si può presumere che in altri composti organici come il CH3OH, CCl4, C (CH3)4, C6H12 (cicloesano), ecc., il carbonio ha ibridazione sp3.
Ciò è essenziale per disegnare strutture organiche, dove i carboni a legame singolo rappresentano punti di divergenza; cioè, la struttura non rimane su un unico piano.
Qual è l'interpretazione più semplice per questi orbitali ibridi senza affrontare gli aspetti matematici (le funzioni d'onda)? Gli orbitali sp3 implicano che fossero originati da quattro orbitali: uno se tre p.
Poiché si presume che la combinazione di questi orbitali atomici sia ideale, i quattro orbitali sp3 risultanti sono identici e occupano orientamenti diversi nello spazio (come negli orbitali pX, pY E pz).
Quanto sopra è applicabile per il resto delle possibili ibridazioni: il numero di orbitali ibridi che si forma è lo stesso di quello degli orbitali atomici che vengono combinati. Ad esempio, orbitali ibridi sp3dDue sono formati da sei orbitali atomici: uno s, tre p e due d.
Secondo la Valencia Shell Electronic Pair Repulsion Theory (RPECV), una coppia di elettroni liberi occupa più volume di un atomo legato. Ciò fa sì che i collegamenti si allontanino, riducendo la tensione elettronica e deviando gli angoli da 109,5º:
Ad esempio, nella molecola d'acqua gli atomi di H sono legati agli orbitali sp3 (in verde), e allo stesso modo le coppie di elettroni non condivise ":" occupano questi orbitali.
Le repulsioni di queste coppie di elettroni sono solitamente rappresentate come “due globi con occhi”, che per il loro volume respingono i due legami σ O-H.
Pertanto, in acqua gli angoli di legame sono effettivamente 105º, invece dei 109,5º previsti per la geometria tetraedrica..
Quale geometria fa quindi l'HDueO? Ha una geometria angolare. Perché? Perché sebbene la geometria elettronica sia tetraedrica, due coppie di elettroni non condivisi la distorcono in una geometria molecolare angolare.
Quando un atomo combina due orbitali pe uno s, genera tre orbitali sp ibridiDue; tuttavia, un orbitale p rimane invariato (perché ce ne sono tre), che è rappresentato come una barra arancione nell'immagine superiore.
Qui, i tre orbitali spDue sono di colore verde per evidenziare la loro differenza dalla barra arancione: il p orbitale "puro".
Un atomo con ibridazione spDue può essere visualizzato come un pavimento trigonale piatto (il triangolo disegnato con gli orbitali spDue verde), con i vertici separati da angoli di 120º e perpendicolari a una barra.
E che ruolo gioca l'orbitale p puro? Quello di formare un doppio legame (=). Gli orbitali spDue consentire la formazione di tre legami σ, mentre il puro p orbitale uno π legame (un doppio o triplo legame implica uno o due legami π).
Ad esempio, per disegnare il gruppo carbonile e la struttura della molecola di formaldeide (H.DueC = O), continua come segue:
Gli orbitali spDue sia C che 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 (atomi H e le coppie di elettroni non condivise) si trovano negli altri orbitali sp.Due, separati da 120º.
Nell'immagine in alto è illustrato un atomo A con ibridazione sp. Qui, un orbitale s e un orbitale p si combinano per dare origine a due orbitali sp degeneri. Tuttavia, ora due orbitali p puri rimangono invariati, il che consente ad A di formare due doppi legami o un triplo legame (≡).
In altre parole: se un C è conforme a quanto sopra in una struttura (= C = o C≡C), 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 vengono considerati anche gli orbitali d e anche gli orbitali f..
Gli orbitali ibridi sono separati di 180 °. Per questo motivo gli atomi legati sono disposti in una geometria molecolare lineare (B-A-B). Infine, l'immagine in basso mostra la struttura dell'anione cianuro:
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.