Έννοια του υβριδισμού που περιλαμβάνει s, p και d τροχιακά

Τι  είναι ο υβριδισμός;

Ο Pauling εισήγαγε τον υβριδισμό για να εξηγήσει την ίση φύση των ομοιοπολικών δεσμών σε ένα μόριο.

• Μίξη διαφορετικών σχημάτων και ατομικών τροχιακών ίσης ενέργειας κατά προσέγγιση και ανακατανομή ενέργειας για να σχηματιστούν νέα τροχιακά του ίδιου σχήματος και της ίδιας ενέργειας. Αυτά τα νέα τροχιακά ονομάζονται υβριδικά τροχιακά και το φαινόμενο ονομάζεται υβριδισμός.

Χαρακτηριστικά υβριδισμού

1. Ο υβριδισμός είναι μια ανάμειξη/ανάμιξη τροχιακών και όχι ηλεκτρονίων. Επομένως, στον υβριδισμό, μπορεί να συμμετέχουν γεμάτα, μισογεμισμένα και άδεια τροχιακά.
2. Ο αριθμός των υβριδικών τροχιακών που σχηματίζονται είναι πάντα ισοδύναμος με τον αριθμό των ατομικών τροχιακών που έχουν λάβει μέρος στη διαδικασία του υβριδισμού.
3. Κάθε υβριδικό τροχιακό έχει δύο λοβούς. Το ένα είναι μεγαλύτερο και το άλλο είναι μικρότερο. Οι δεσμοί θα σχηματιστούν από έναν μεγάλο λοβό.

i) Ο 1ος δεσμός μεταξύ των δύο ατόμων θα είναι 𝜎.

ii) Ο άλλος δεσμός μεταξύ των ίδιων δύο ατόμων θα είναι ένας π δεσμός.

iii) Το ζεύγος ηλεκτρονίων ενός ατόμου που δεν συμμετέχει στο σχηματισμό δεσμού ονομάζεται μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων.

4. Ένα στοιχείο μπορεί να αντιπροσωπεύει πολλές καταστάσεις υβριδισμού ανάλογα με τις πειραματικές συνθήκες. Για παράδειγμα; C που δείχνει υβριδισμό sp, sp2 και sp3 στις ενώσεις του.

5. Τα υβριδικά τροχιακά διαφοροποιούνται ως sp, sp2, sp3 κ.λπ.

6. Η απώθηση μεταξύ lp-lp >  lp-bp >  bp-bp.

7. Οι κατευθυντικές ιδιότητες στα υβριδικά τροχιακά είναι περισσότερες από τα ατομικά τροχιακά. Επομένως τα υβριδικά τροχιακά σχηματίζουν ισχυρότερους δεσμούς σίγμα. Η κατευθυντική ιδιότητα διαφορετικών υβριδικών τροχιακών θα έχει την ακόλουθη σειρά.

sp

Προσδιορισμός κατάστασης υβριδισμού:

ΜΕΘΟΔΟΣ (I):  Αριθμός υβριδικού τροχιακού =αριθμός δεσμού "𝜎" + αριθμός μοναχικού ζεύγους [που περιβάλλει το κεντρικό άτομο].

ΜΕΘΟΔΟΣ (II):  Για την πρόβλεψη μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθοι τύποι:

Αριθμός υβριδικού τροχιακού=12[ Ve+SA+C]

[ Ve=συνολικός αριθ. ηλεκτρονίων σθένους στο κεντρικό άτομο, SA =συνολικός αριθμός μονοσθενούς ατόμου. C =χρέωση]

Π.χ.

NH4+        125+4-1=4  υβριδισμός sp3 

SF4            12 6+4=5    υβριδισμός sp3d

NO3-            12 5+1=3    υβριδισμός sp2

Εάν τέτοιου είδους ζεύγη ηλεκτρονίων είναι-

Δύο         –           sp υβριδισμός

Τρεις      –           υβριδισμός sp2

Τέσσερα         –           sp3  υβριδισμός

Πέντε          –           υβριδισμός sp3d

Έξι             –           υβριδισμός sp3d2

Επτά       –            sp3d3  υβριδισμός

Θέση μοναχικού ζεύγους και πολλαπλών ομολόγων.

1. sp/sp2/sp3 =οπουδήποτε
2. sp3d =ισημερινός
3. sp3d2 =αξονική ( ορίζεται πρώτα )
4. sp3d3 =αν το μεμονωμένο ζεύγος είναι ίσο με 1 τότε; ισημερινό

αν το μοναχικό ζεύγος είναι ίσο με 2, τότε? αξονική

1. Σε υβριδισμό sp3d Αξονικός δεσμός> μήκος ισημερινού δεσμού

Σε υβριδισμό sp3d3 Αξονικός δεσμός <μήκος ισημερινού δεσμού

[ΣΗΜΕΙΩΣΗ:αυτό ισχύει όταν το τερματικό άτομο είναι το ίδιο]

Τύποι υβριδισμού

Α) υβριδισμός sp :

α) Σε αυτόν τον υβριδισμό ένα s-και ένα p-τροχιακό ενός ατόμου συνδυάζονται για να δώσουν δύο νέα υβριδικά τροχιακά που είναι ισοδύναμα σε σχήμα και ενέργεια γνωστά ως sp υβριδικά τροχιακά.

β) Αυτά τα δύο υβριδικά τροχιακά sp είναι διατεταγμένα σε ευθεία γραμμή και σε γωνία δεσμού 180⁰.

γ) s-χαρακτήρας 50%

για παράδειγμα;

Μόριο CO2 (O=C=O):

Στο μόριο CO2, το C έχει δύο υβριδικά τροχιακά sp και δύο μη υβριδισμένα τροχιακά p.

Έτσι, το μόριο CO2 έχει γραμμικό σχήμα και γωνία δεσμού 180⁰.

Το μήκος του δεσμού μεταξύ του δεσμού C-O μειώνεται λόγω της παρουσίας π δεσμού.

Στα μόρια CHCH, κάθε άτομο C περιέχει δύο υβριδικά τροχιακά sp και δύο μη υβριδισμένα τροχιακά p.

• sp υβριδικό τροχιακό κάθε C επικαλύπτεται για να δώσει δεσμό σίγμα μεταξύ C-C.
• Το υπόλοιπο ένα sp υβριδικό τροχιακό κάθε ατόμου C επικαλύπτεται με το τροχιακό s του H, σχηματίζοντας έναν δεσμό σίγμα μεταξύ του C-H.
• Τα δύο μη υβριδοποιημένα τροχιακά p κάθε ατόμου C (py και px) επικαλύπτονται πλευρικά για να σχηματίσουν δύο δεσμούς π.

Β) Υβριδισμός Sp2:

α) Σε αυτόν τον υβριδισμό ένα s και δύο p τροχιακά συνδυάζονται για να δώσουν τρία νέα υβριδικά τροχιακά sp2 που έχουν το ίδιο σχήμα και ισοδύναμες ενέργειες.

β) Αυτά τα τρία υβριδικά τροχιακά sp2 βρίσκονται υπό γωνία 120⁰ και δίνουν τριγωνικό επίπεδο σχήμα.

γ) s – χαρακτήρας 33,3%

• SnX2 που έχει δύο δεσμούς 𝜎 και ένα l.p. ηλεκτρόνιο επομένως ο υβριδισμός είναι sp2.

• Η γωνία δεσμού στο SnX2 θα είναι μικρότερη από 120⁰ (λόγω της παρουσίας ενός μόνο ζεύγους ηλεκτρονίων).

• Το σχήμα του μορίου SnX2 είναι λυγισμένο.

Γ) Υβριδισμός Sp3:

Σε αυτόν τον υβριδισμό, ένα s τροχιακό και τρία τροχιακά p ενός ατόμου ενός μορίου ή ιόντος, συνδυάζονται για να δώσουν τέσσερα νέα υβριδικά τροχιακά που ονομάζονται υβριδικά τροχιακά sp3.

I) Η γωνία μεταξύ των υβριδικών τροχιακών 109⁰28’

Το άτομο C μοιράζεται τέσσερα ηλεκτρόνια με τέσσερα άτομα υδρογόνου.

II) Το σχήμα που λαμβάνεται από αυτά τα υβριδικά τροχιακά θα είναι τετράεδρο.

Δ) Υβριδισμός Sp3d:

I) Σε αυτόν τον υβριδισμό, ένα s τροχιακό, τρία τροχιακά p και ένα d τροχιακά συνδυάζονται για να δώσουν πέντε νέα υβριδικά τροχιακά που είναι ισοδύναμα σε σχήμα και ενέργεια που ονομάζονται sp3d υβριδικά τροχιακά.

II) Από αυτά τα πέντε υβριδικά τροχιακά, τρία υβριδικά τροχιακά βρίσκονται σε γωνία 120⁰ και δύο μόρια γίνονται τριγωνικά υβριδικά τροχιακά είναι κάθετα στο επίπεδο τριών υβριδικών τροχιακών που είναι τριγωνικά επίπεδα, διπυραμιδικά.

Για παράδειγμα, το PCl5 εμφανίζει υβριδισμό sp3d

III) Σε αυτόν τον υβριδισμό το τροχιακό dx2 υβριδοποιείται με τροχιακά s και p.

IV) Με αυτόν τον τρόπο πέντε τροχιακά sp3d σχηματίζουν δεσμό πέντε σίγμα με πέντε άτομα Cl και δίνουν ένα μόριο PCl5, το σχήμα αυτού του μορίου είναι τριγωνικό διπυραμιδικό

V) Δύο αξονικοί δεσμοί P-Cl είναι μακρύτεροι από τρεις ισημερινούς δεσμούς P-Cl λόγω απώθησης μεταξύ 3 ισημερινών bp ηλεκτρονίων και 2 αξονικών b.p. των ηλεκτρονίων.

Ε) υβριδισμός sp3d2:

α) Σε αυτόν τον υβριδισμό, ένα s-τροχιακό, τρία p-τροχιακά και δύο d-τροχιακά (dz2, dx2-y2) αναμειγνύονται για να δώσουν έξι νέα υβριδικά τροχιακά γνωστά ως sp3d2 υβριδικά τροχιακά.

β) Η γεωμετρία των μορίων που λαμβάνεται από πάνω από έξι υβριδικά τροχιακά θα είναι συμμετρική οκταεδρική ή τετράγωνη διπυραμιδική.

γ) Η γωνία μεταξύ όλων των υβριδοφόρων θα είναι 90⁰.

Παράδειγμα:SF6, AlF6-3, PF6-, ICl5, XeF4 .

δ) Δύο τροχιακά «d» που συμμετέχουν στον υβριδισμό είναι τα dx2y2 και dx2.

Για π.χ. SF6

ΣΤ. Υβριδισμός sp3d3:

α) Σε αυτόν τον υβριδισμό ένα s-τροχιακό, τρία p-τροχιακά και τρία d-τροχιακά αναμειγνύονται για να δώσουν επτά νέα υβριδικά τροχιακά γνωστά ως sp3d3 hybrid orbitals.

β) Αυτά τα επτά τροχιακά sp3d3 έχουν διαμορφωθεί σε πενταγωνικό διπυραμιδικό σχήμα.

γ) Πέντε δεσμοί είναι 72⁰ και 10 γωνίες δεσμού 90⁰.

δ) Τα IF7  και  XeF6 είναι μερικά από τα  παραδείγματα που δείχνουν υβριδισμό sp3d3.

Συμπέρασμα

Σε αυτό το κείμενο, ανακαλύψαμε την έννοια του υβριδισμού, όπως ο υβριδισμός, τα σημαντικά χαρακτηριστικά του και τα είδη του υβριδισμού. Έχουμε δει διαφορετικούς τύπους υβριδισμού όπως sp3, sp2, sp3d, sp3d2 και sp3d3, μαζί με μερικά από τα παραδείγματά τους. Αφού μελετήσετε αυτό το άρθρο, θα προσδιορίσετε τον υβριδισμό σχήματος οποιουδήποτε μορίου. Για την καλύτερη κατανόηση αυτού του κεφαλαίου, προτείνονται στον χρήστη άλλα θέματα όπως η θεωρία διάσπασης κρυσταλλικού πεδίου και η ενέργεια διάσπασης πεδίου κρυστάλλου.