การผสมกันทางเคมีเป็นการ "ผสม" ของออร์บิทัลอะตอมซึ่งแนวคิดนี้ได้รับการแนะนำโดยนักเคมี Linus Pauling ในปีพ. ศ. 2474 เพื่อครอบคลุมความไม่สมบูรณ์ของทฤษฎีของพันธะวาเลนซ์ (TEV) ความไม่สมบูรณ์แบบ? รูปทรงโมเลกุลและความยาวพันธะที่เท่ากันในโมเลกุลเช่นมีเธน (CH 4 )
ตาม TEV ในมีเทนวงโคจรของอะตอม C จะสร้างพันธะสี่σกับอะตอม H สี่ตัววงโคจร 2p ที่มีรูปร่างฟอร์มัส (ภาพล่าง) ของ C ตั้งฉากกันดังนั้น H ควรมีค่าไม่กี่ จากผู้อื่นด้วยมุม90º
นอกจากนี้วงโคจร 2s (ทรงกลม) ของ C จะผูกกับ 1s ออร์บิทัลของ H ที่มุม135ºเทียบกับอีกสาม H อย่างไรก็ตามจากการทดลองพบว่ามุมใน CH 4เท่ากับ109.5ºและ นอกจากนี้ความยาวของพันธบัตร C - H ยังเทียบเท่า
เพื่ออธิบายสิ่งนี้ต้องพิจารณาการรวมกันของออร์บิทัลอะตอมดั้งเดิมเพื่อสร้างออร์บิทัลไฮบริดที่เสื่อมสภาพสี่วง (ที่มีพลังงานเท่ากัน) การผสมพันธ์ทางเคมีเข้ามามีบทบาท ไฮบริดออร์บิทัลเป็นอย่างไร? ขึ้นอยู่กับออร์บิทัลของอะตอมที่สร้างขึ้น นอกจากนี้ยังมีการผสมผสานระหว่างลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์
การผสมพันธ์ sp
สำหรับกรณีนของ CH 4 , การผสมพันธุ์ของ C คือ SP 3 จากแนวทางนี้จะอธิบายเรขาคณิตโมเลกุลด้วยวงโคจร sp 3สี่วงที่แยกกันที่109.5ºและชี้ไปที่จุดยอดของจัตุรมุข
ในภาพด้านบนคุณจะเห็นว่าวงโคจร sp 3 (สีเขียว) สร้างสภาพแวดล้อมอิเล็กทรอนิกส์แบบเตตระฮีดอลรอบ ๆ อะตอมได้อย่างไร (A ซึ่งก็คือ C สำหรับ CH 4 )
ทำไมต้อง109.5ºไม่ใช่มุมอื่นเพื่อ "วาด" รูปเรขาคณิตที่แตกต่างกัน? สาเหตุเป็นเพราะมุมนี้ช่วยลดแรงผลักทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมทั้งสี่ที่จับกับ A
ดังนั้นโมเลกุล CH 4จึงสามารถแสดงเป็นรูปจัตุรมุข (เรขาคณิตโมเลกุลเตตระฮีดอล)
ถ้าแทนที่จะเป็น H, C สร้างพันธะกับกลุ่มอะตอมอื่นแล้วการผสมพันธ์ของพวกมันจะเป็นอย่างไร? ตราบใดที่รูปแบบคาร์บอนสี่σพันธบัตร (C - A) การผสมพันธุ์ของพวกเขาจะ SP 3
มันสามารถจึงสันนิษฐานได้ว่าในสารอินทรีย์อื่น ๆ เช่น CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (cyclohexane) ฯลฯ คาร์บอนมี SP 3ผสมพันธุ์
สิ่งนี้จำเป็นสำหรับการร่างโครงสร้างอินทรีย์โดยที่คาร์บอนที่ถูกผูกมัดเดี่ยวแสดงถึงจุดที่แตกต่างกัน นั่นคือโครงสร้างไม่ได้อยู่ในระนาบเดียว
การตีความ
อะไรคือการตีความที่ง่ายที่สุดสำหรับวงโคจรไฮบริดเหล่านี้โดยไม่ต้องระบุประเด็นทางคณิตศาสตร์ (ฟังก์ชันคลื่น) วงโคจร sp 3บ่งบอกว่ามีต้นกำเนิดมาจากวงโคจรสี่วง: หนึ่งวินาทีและสามพี
เนื่องจากการรวมกันของออร์บิทัลของอะตอมเหล่านี้ถือว่าเป็นอุดมคติดังนั้นออร์บิทัล sp 3ทั้งสี่ที่ได้จึงเหมือนกันและใช้ทิศทางที่ต่างกันในอวกาศ (เช่นในวงโคจร p x , p และ p z )
ข้างต้นสามารถใช้ได้กับส่วนที่เหลือของการผสมพันธ์ที่เป็นไปได้: จำนวนออร์บิทัลไฮบริดที่ประกอบขึ้นเป็นจำนวนเดียวกับออร์บิทัลอะตอมที่รวมกัน ตัวอย่างเช่นวงโคจรไฮบริด sp 3 d 2ประกอบขึ้นจากวงโคจรอะตอม 6 วง: หนึ่งวินาทีสามพีและสอง d
การเบี่ยงเบนมุมบอนด์
ตามทฤษฎีการขับไล่ของคู่อิเล็กทรอนิกส์ของเชลล์วาเลนเซีย (RPECV) อิเล็กตรอนอิสระคู่หนึ่งมีปริมาตรมากกว่าอะตอมที่ถูกผูกมัด สิ่งนี้ทำให้ลิงค์แยกออกจากกันลดแรงดันไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์และเบี่ยงเบนมุมจาก109.5º:
ตัวอย่างเช่นในโมเลกุลของน้ำอะตอม H จะถูกผูกมัดกับวงโคจร sp 3 (สีเขียว) และยังมีอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่ใช้ร่วมกัน ":" ครอบครองวงโคจรเหล่านี้
แรงผลักของอิเล็กตรอนคู่นี้มักจะแสดงเป็น“ ลูกโลกสองลูกที่มีตา” ซึ่งเนื่องจากปริมาตรของมันจะขับไล่พันธะσ O - H ทั้งสองออกไป
ดังนั้นมุมพันธะในน้ำจึงมีค่าเท่ากับ105ºแทนที่จะเป็น109.5ºที่คาดไว้สำหรับเรขาคณิตเตตระฮีดอล
แล้ว H 2 O มีเรขาคณิตอะไร? มันมีรูปทรงเรขาคณิตเชิงมุม ทำไม? เนื่องจากแม้ว่ารูปทรงเรขาคณิตอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นเตตระฮีดอล แต่อิเล็กตรอนที่ไม่ใช้ร่วมกัน 2 คู่จะบิดเบือนมันเป็นเรขาคณิตโมเลกุลเชิงมุม
การผสมพันธ์ sp
เมื่ออะตอมรวมสอง p และหนึ่งออร์บิทัลเข้าด้วยกันมันจะสร้างออร์บิทัลไฮบริด sp 2สามวง; อย่างไรก็ตามหนึ่ง p ออร์บิทัลยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (เพราะมีสามวง) ซึ่งแสดงเป็นแถบสีส้มในภาพบน
ที่นี่วงโคจรsp 2ทั้งสามจะมีสีเขียวเพื่อเน้นความแตกต่างจากแถบสีส้ม: p ออร์บิทัล"บริสุทธิ์"
อะตอมที่มีการผสมพันธ์ sp 2สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นพื้นตรีโกณมิติแบน (รูปสามเหลี่ยมที่วาดด้วยวงโคจร sp 2 เป็นสีเขียว) โดยมีจุดยอดคั่นด้วยมุม120ºและตั้งฉากกับแท่ง
และ p ออร์บิทัลบริสุทธิ์มีบทบาทอย่างไร? การสร้างพันธะคู่ (=) วงโคจรsp 2อนุญาตให้มีการสร้างพันธะสาม while ในขณะที่พันธะหนึ่งπ p ออร์บิทัลบริสุทธิ์ (พันธะคู่หรือพันธะสามเกี่ยวข้องกับหนึ่งหรือสองพันธะ)
ตัวอย่างเช่นในการวาดกลุ่มคาร์บอนิลและโครงสร้างของโมเลกุลฟอร์มาลดีไฮด์ (H 2 C = O) ให้ดำเนินการดังนี้:
วงโคจร sp 2ของทั้ง C และ O สร้างพันธะσในขณะที่วงโคจรบริสุทธิ์ของพวกมันสร้างพันธะπ (สี่เหลี่ยมผืนผ้าสีส้ม)
จะเห็นได้ว่ากลุ่มอิเล็กทรอนิกส์ที่เหลือ (อะตอม H และคู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกัน) อยู่ในวงโคจร sp 2อื่น ๆโดยคั่นด้วย120º
การผสมพันธ์ sp
ในภาพบนจะแสดงอะตอม A ที่มีการผสมพันธ์ sp ที่นี่ออร์บิทัลหนึ่งวงและหนึ่ง p ออร์บิทัลรวมกันเป็นสองออร์บิทัลที่เสื่อมสภาพ อย่างไรก็ตามตอนนี้วงโคจร p บริสุทธิ์สองวงยังคงไม่เปลี่ยนแปลงซึ่งทำให้ A สามารถสร้างพันธะคู่สองพันธะหรือพันธะสาม (≡) หนึ่งพันธะ
กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ถ้าในโครงสร้าง C เป็นไปตามข้างต้น (= C = หรือC≡C) ดังนั้นการผสมพันธ์จะเป็น sp สำหรับอะตอมที่มีภาพประกอบน้อยอื่น ๆ เช่นโลหะทรานซิชันคำอธิบายของเรขาคณิตอิเล็กทรอนิกส์และโมเลกุลมีความซับซ้อนเนื่องจากพิจารณา d และผ่าน f ออร์บิทัลด้วย
ออร์บิทัลไฮบริดแยกออกจากกันที่มุม180º ด้วยเหตุนี้อะตอมที่ถูกผูกมัดจึงถูกจัดเรียงในเรขาคณิตโมเลกุลเชิงเส้น (BAB) ในที่สุดในภาพด้านล่างโครงสร้างของไอออนไซยาไนด์สามารถมองเห็นได้:
อ้างอิง
- สเวน (3 มิถุนายน 2549). SP-Orbitals . สืบค้นเมื่อ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
- ธนาคาร Richard C. (พฤษภาคม 2545). พันธะและการผสมพันธ์ สืบค้นเมื่อ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: chemistry.boisestate.edu
- เจมส์ (2018) ทางลัด Hybridization สืบค้นเมื่อ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: masterorganicchemistry.com
- ดร. เอียนฮันท์ ภาควิชาเคมีมหาวิทยาลัยคัลการี การผสมพันธุ์ sp3 สืบค้นเมื่อ 24 พฤษภาคม 2561 จาก: chem.ucalgary.ca
- พันธะเคมี II: เรขาคณิตโมเลกุลและการผสมกันของวงโคจรอะตอมบทที่ 10 .. สืบค้นเมื่อ 24 พฤษภาคม 2561 จาก: wou.edu
- Quimitube (2015) พันธะโควาเลนต์: ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการผสมพันธุ์แบบอะตอมของออร์บิทัล สืบค้นเมื่อ 24 พฤษภาคม 2018 จาก: quimitube.com
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์สี่., หน้า 51). Mc Graw Hill