Hibridisasi Kimia

Apa itu hibridisasi kimia?

Itu Hibridisasi Kimia Ini adalah "campuran" orbital atom, yang konsepnya diperkenalkan oleh ahli kimia Linus Pauling pada tahun 1931 untuk mencakup ketidaksempurnaan Teori Tautan Valencia (TEV). Ketidaksempurnaan mana? Ini adalah: geometri molekuler dan tautan yang setara dalam molekul seperti metana (CH₄).

Menurut TEV, dalam metana orbital atom dari C membentuk empat σ tautan dengan empat atom H. Orbital 2p, dengan bentuk ∞ (gambar bawah) C tegak lurus satu sama lain, sehingga h harus dihilangkan satu sama lain pada sudut 90º.

Selain itu, orbital 2s (bulat). Namun, secara eksperimental telah ditemukan bahwa sudut di CH₄ Mereka 109,5º dan, di samping itu, panjang tautan C-H adalah setara.

Untuk menjelaskan hal ini, kombinasi orbital atom asli harus dipertimbangkan membentuk empat orbital hibrida yang merosot (dengan energi yang sama). Di sini hibridisasi kimia berperan. Bagaimana orbital hibrida? Itu tergantung pada orbital atom yang menghasilkannya. Mereka juga menunjukkan campuran karakteristik elektronik ini.

Sp³

Dalam kasus ch₄, C hibridisasi adalah SP³. Dari pendekatan ini, geometri molekuler dijelaskan dengan empat orbital sp³ dipisahkan pada 109,5º dan menunjuk ke arah simpul tetrahedron.

Di gambar atas Anda dapat melihat bagaimana orbital SP³ (Hijau) Membangun lingkungan elektronik tetrahedral di sekitar atom (A, yang merupakan C untuk CH₄).

Mengapa 109,5º dan bukan sudut lain, untuk "menggambar" geometri yang berbeda? Alasannya adalah karena fakta bahwa sudut ini meminimalkan tolakan elektronik dari empat atom yang terkait dengan.

Dengan cara ini, molekul Cho₄ Itu dapat direpresentasikan sebagai tetrahedron (geometri molekul tetrahedral).

Jika, alih -alih h, C membentuk hubungan dengan kelompok atom lain, apa hibridisasinya? Asalkan karbon membentuk empat tautan σ (C-A), hibridisasi akan menjadi SP³.

Dapat secara konsisten diasumsikan bahwa dalam senyawa organik lainnya seperti CH₃Oh, CCL₄, C (ch₃)₄, C₆H₁₂ (Cyclohexan), dll., Karbon memiliki hibridisasi SP³.

Ini penting untuk membuat sketsa struktur organik, di mana karbon dengan tautan sederhana mewakili titik divergensi; yaitu, strukturnya tidak tetap dalam satu bidang tunggal.

Penafsiran

Apa interpretasi paling sederhana untuk orbital hibrida ini tanpa membahas aspek matematika (fungsi gelombang)? Orbital sp³ Mereka menyiratkan bahwa mereka berasal dari empat orbital: satu s dan tiga p.

Karena kombinasi orbital atom ini seharusnya ideal, empat orbital sp³ yang dihasilkan identik dan menempati orientasi ruang yang berbeda (seperti di orbital p_X, P_Dan Dan p_z).

Di atas berlaku untuk sisa hibridasi: jumlah orbital hibrida yang terbentuk sama dengan orbital atom yang menggabungkan. Misalnya, orbital sp híbridos³D² Mereka dibentuk dari enam orbital atom: satu s, tiga p dan dua d.

Penyimpangan dari sudut tautan

Menurut teori tolakan pasangan elektronik lapisan Valencia (RPECV), sepasang elektron bebas menempati lebih banyak volume daripada atom terkait. Ini menyebabkan tautan bergerak, mengurangi tegangan elektronik dan mengalihkan sudut 109,5º:

Misalnya, dalam molekul air atom H terkait dengan orbital SP³ (berwarna hijau), dan juga pasangan elektron yang tidak dibagikan ":" menempati orbital ini.

Penolakan dari pasangan elektron ini biasanya direpresentasikan sebagai "dua balon dengan mata", yang, karena volumenya, mengusir dua tautan σ o-h.

Dengan demikian, di dalam air, sudut -sudut tautan benar -benar 105º, bukannya 109,5º yang diharapkan untuk geometri tetrahedral.

Geometri apa yang kemudian dimiliki H₂SALAH SATU? Memiliki geometri sudut. Karena? Karena sementara geometri elektronik adalah tetrahedral, dua pasang elektron yang tidak dibagikan mendistorsi ke geometri molekul sudut.

Sp²

Saat atom menggabungkan dua atau S orbital, itu menghasilkan tiga orbital hibrida SP²; Namun, orbital P (karena ada tiga) tetap tidak berubah, yang direpresentasikan sebagai batang oranye di gambar atas.

Di sini, tiga orbital SP² Mereka hijau untuk menyoroti perbedaan mereka dari jeruk: orbital p "murni".

Atom dengan hibridisasi SP² Ini dapat divisualisasikan sebagai lantai datar trigonal (segitiga digambar dengan orbital SP² hijau), dengan simpulnya dipisahkan oleh sudut 120º dan tegak lurus terhadap batang.

Dan peran apa yang dimainkan oleh orbital murni Pure Play? Untuk membentuk ikatan rangkap (=). Orbital sp² Mereka memungkinkan pembentukan tiga tautan σ, sedangkan ikatan p murni orbital π (tautan ganda atau tiga melibatkan satu atau dua tautan π).

Misalnya, untuk menggambar kelompok karbonil dan struktur molekul formaldehida (h₂C = o), itu berlanjut sebagai berikut:

Orbital sp² Kedua C dan O membentuk tautan σ, sedangkan orbital murni membentuk ikatan π (persegi panjang oranye).

Dapat diperhatikan bagaimana sisa kelompok elektronik (atom H dan pasangan elektron yang tidak dibagikan) terletak di orbital SP lainnya², dipisahkan oleh 120º.

Sp

Dalam gambar superior atom diilustrasikan dengan hibridisasi SP. Di sini, orbital S dan orbital P. Namun, dua orbital orbital murni sekarang tidak berubah, yang memungkinkan mereka membentuk dua tautan ganda atau tautan triple (≡).

Dengan kata lain: jika dalam struktur A C sesuai dengan hal di atas (= c = o cop), maka hibridisasi adalah SP. Untuk atom ilustratif lain yang kurang ilustratif - seperti logam transisi - deskripsi geometri elektronik dan molekuler rumit karena orbital D dan bahkan f juga dipertimbangkan.

Orbital hibrida dipisahkan pada sudut 180º. Untuk alasan ini atom yang terhubung disusun dalam geometri molekul linier (B-A-B). Akhirnya, pada gambar bawah struktur anion sianida dapat dilihat: