Hybridation orbitale

quatre sp3-Orbitals
trois sp2-Orbitals

Dans chimie, hybridation est le mélange de orbitales atomiques appartenir à un même coquille d'électron pour former de nouvelles orbitales appropriées à la description qualitative des propriétés atomiques de liaison. Les orbitales hybridées sont très utiles pour rationaliser à disposition des discussions ondulantes la forme de orbitales moléculaires pour molécules fait de atomes des groupes 2.3.4 des familles périodiques de éléments. D'autre part, les groupes 1.5.6 et 7 dans la table périodique pas hybridez, i.e. cette approche est dans ce cas non utile. L'hybridation est une partie intégrale de théorie de la répulsion de la coquille electron-ciseaux de valence (VSEPR).

Table des matières

Exemple de méthane

La théorie d'hybridation a été théorisée près chimiste Linus Pauling afin d'expliquer l'existence de molécules comme méthane (CH4). Le problème avec l'existence du méthane est ceci : Il se compose d'un atome de carbone collé sur quatre atomes d'hydrogène. Carbone terre-état la configuration est 1s² 2s² 2pX¹ 2py¹ ou peut-être plus facilement lu :

< ;math> ;C \quadruple

 \frac{\uparrow \} de downarrow}{1s \ ;
 \frac{\uparrow \} de downarrow}{2s \ ;
 \frac{\uparrow \,} de}{2p \ ;
 \frac{\uparrow \,} de}{2p \ ;
 \frac{\, \,}{2p}

</math> ;

(note : L'orbitale 1s est inférieure dans l'énergie que l'orbitale 2s, et l'orbitale 2s est inférieure dans l'énergie que les orbitales 2p)

théorie d'obligation de valence prévoirait, basé sur l'existence deux du p-type à moitié plein orbitales (les désignations pX py ou pz soyez sans signification en ce moment, car ils ne complètent aucun ordre particulier), ce C forme deux obligations covalentes. Ch2, cependant, est connu comme a méthylène le groupe et ne peut pas exister en dehors de d'un système moléculaire. Par conséquent, cette seule théorie ne peut pas expliquer l'existence du ch4.

En outre, des orbitales d'état fondamental ne peuvent pas être employées pour coller dans le ch4. Tandis qu'exciter un électron 2s dans une orbitale 2p tiendrait compte théoriquement de quatre obligations, selon la théorie d'obligation de valence qui a été expérimentalement correcte prouvé pour des systèmes comme O2 ceci impliquerait que les diverses obligations du ch4 aurait des énergies différentes dues aux niveaux différents du chevauchement orbital. De nouveau, ceci a été expérimentalement réfuté : n'importe quel hydrogène peut être enlevé avec la même facilité d'un carbone.

Pour récapituler, pour expliquer l'existence du ch4 et beaucoup d'autres molécules une méthode par laquelle autant d'en tant que 12 obligations (pour métaux de transition) de la force égale (et donc de la longueur égale) peut être créé est exigé.

Une discussion plus détaillée

Une approche à ceci est le concept de l'hybridation. Historiquement, ce concept était nécessaire afin d'expliquer la liaison observée dans les systèmes chimiques très simples. On l'a avéré plus tard plus largement applicable, et aujourd'hui on le considère un heuristique efficace pour l'arrangement chimie organique. Il est moins applicable à d'autres branches de chimie pour lesquelles les atomes plus lourds sont impliqués. Chimie en métal de transition est un exemple. Les arrangements d'hybridation en chimie en métal de transition tendent à être plus sophistiqués parce que les prétentions doivent légèrement davantage être détendues pour que l'hybridation soit utile. Par conséquent, ceci a comme conséquence une théorie plus compliquée d'hybridation pour des métaux de transition - mais un en fait qui ne sont pas très précis et ont peu de puissance prédictive. Le résultat de ceci était un développement des branches entièrement nouvelles de théorie de liaison, et ce sont un domaine actif de recherche chimique théorique aujourd'hui.

Il est important de noter que les orbitales sont une représentation modèle de la façon dont un électron autour d'un atome se comporte. Dans le cas de l'hybridation simple, cette approximation est basée sur les orbitales atomiques de l'hydrogène. On assume que des orbitales hybridées sont différents mélanges de ces orbitales atomiques, superposé à l'un l'autre dans diverses différentes proportions. Des orbitales d'hydrogène sont employées comme base pour des arrangements simples de l'hybridation parce qu'il est l'un des quelques exemples des orbitales pour lesquelles une solution analytique exacte au son Équation de Schrödinger est connu. On assume qu'alors ces orbitales sont légèrement, mais pas sensiblement tordu en atomes plus lourds, comme le carbone, azote, et l'oxygène. Dans ces prétentions est la théorie d'hybridation la plus applicable.

La première étape dans l'hybridation est l'excitation des électrons un (ou plus). De ce point de l'explication dessus, il peut supposer que le sujet de l'étude est carbone dans le contexte du méthane, pour la simplicité. Le proton qui forme le noyau d'un atome d'hydrogène attire un des électrons de valence sur le carbone. Ceci cause une excitation, entrée d'un électron 2s dans une orbitale 2p. Ceci, cependant, augmente l'influence du noyau de carbone sur les électrons de valence en augmentant le potentiel efficace de noyau (la quantité de charge que le noyau exerce sur un électron donné = la charge du noyau - charge de tous les électrons plus près du noyau).

La combinaison de ces forces crée de nouvelles fonctions mathématiques connues sous le nom d'orbitales hybridées. Dans le cas du carbone essayant à l'obligation avec quatre hydrogens, quatre orbitales sont exigées. Par conséquent, les mélanges de l'orbitale 2s (des orbitales de noyau ne sont presque jamais impliquées dans la liaison) avec les trois orbitales 2p pour former quatre PS3 hybrides (lu comme s p trois). Voir le sommaire graphique ci-dessous.

< ;math> ; C^{*} \quadruple \frac{\uparrow \} de downarrow}{1s \ ; \frac{\uparrow \,} de}{2s \ ; \frac{\uparrow \,} de}{2p \frac{\uparrow \,} de}{2p \frac{\uparrow \,}{2p} </math> ; devient le < ;math> ; C^{*} \quadruple \frac{\uparrow \} de downarrow}{1s \ ; \frac{\uparrow \,}{sp^3} \ ; \frac{\uparrow \,}{sp^3} \frac{\uparrow \,}{sp^3} \frac{\uparrow \,}{sp^3} </math> ;

Dans le Ch4, quatre orbitales hybridées par sp³ sont recouvertes près hydrogène's 1s orbitales, rendement de quatre obligations de sigma (?). Les quatre obligations sont de la mêmes longueur et force, et il y a de quatre d'entre eux. Cette théorie se conforme à nos conditions.

A schematic presentation of hybrid orbitals overlapping hydrogens' s orbitals traduit en Methane's tetrahedral shape

Autre C-compose et d'autres molécules peuvent être expliquées pareillement, par exemple ethene (C2H4). Le carbone ne formera jamais moins de quatre obligations à moins qu'il ne soit donné aucun autre choix, ce qui se produit rarement. Par conséquent, l'ethene a une double obligation entre les carbones. La structure de Lewis ressemble à ceci :

Ethene Lewis Structure. Each C bonded to two hydrogens and one double bond between them.

PS de volonté de carbone2 hybridez, parce que les orbitales hybrides formeront seulement des obligations et une de sigma obligation de pi est exigé pour double obligation entre les carbones. Les obligations de hydrogène-carbone sont toutes les force et longueur égales, ce qui est conforme aux données expérimentales.

Forme de molécule

Aides d'hybridation pour expliquer la forme de molécule.

  • HACHE2 (par exemple, BeCl2) : hybridation de PS ; linéaire ou digonal forme
  • HACHE3 (par exemple, BCl3) : hybridation de sp² ; trigonal planaire forme
  • HACHE4 (par exemple, CCl4) : hybridation de sp³ ; tétraédrique forme
  • HACHE5 (par exemple, PCl5) : hybridation de sp³d ; trigonal bipyramidal forme
  • HACHE6 (par exemple, SF6) : hybridation de sp³d² ; octaédrique (ou place bipyramidal) forme

Ceci tient s'il n'y a aucun seul ciseaux d'électron sur l'atome central. S'il y a, ils devraient être comptés dans le Xi nombre. Par exemple, dans l'eau (H2O), l'oxygène l'atome a deux obligations avec H et deux seuls ciseaux d'électron (comme peut être aussi bien vu avec la théorie d'obligation de valence de la configuration électronique de l'oxygène), quels moyens là sont quatre tels 'éléments sur O. La molécule modèle est, puis, HACHE4: l'hybridation de sp³ est utilisée, et l'arrangement d'électron de H2O est tétraédrique. La forme, cependant, est coudé non linéaire, puisque les seuls ciseaux d'électron ne sont pas évidents, et aussi parce que des répulsions doivent être prises en considération. L'angle de HOH est autour d'environ 104.5 degrés.

Voyez également

  • Combinaison linéaire de la méthode orbitale moléculaire d'orbitales atomiques

Liens externes

 

  > Français > en.wikipedia.org (Traduit par ordinateur dans le Français)