Гибридизации углерода включает в себя комбинацию двух чистых атомных орбиталей , чтобы сформировать новую молекулярную орбиталь «гибрид» со своими собственными характеристиками. Понятие атомной орбитали дает лучшее объяснение, чем предыдущая концепция орбиты, чтобы установить приближение того, где есть большая вероятность найти электрон внутри атома.

Другими словами, атомная орбиталь - это представление квантовой механики, чтобы дать представление о положении электрона или пары электронов в определенной области внутри атома, где каждая орбиталь определяется в соответствии со значениями ее номеров. квант.

Квантовые числа описывают состояние системы (например, состояние электрона внутри атома) в данный момент через энергию, принадлежащую электрону (n), угловой момент, который он описывает в своем движении (l), связанный с ним магнитный момент (m) и спин электрона, когда он движется внутри атома (-ов).

Эти параметры уникальны для каждого электрона на орбитали, поэтому два электрона не могут иметь точно такие же значения четырех квантовых чисел, и каждая орбиталь может быть занята не более чем двумя электронами.

Что такое углеродная гибридизация?

Чтобы описать гибридизацию углерода, необходимо учитывать, что характеристики каждой орбитали (ее форма, энергия, размер и т. Д.) Зависят от электронной конфигурации каждого атома.

То есть характеристики каждой орбитали зависят от расположения электронов в каждой «оболочке» или уровне: от ближайшего к ядру до самого дальнего, также известного как валентная оболочка.

Электроны на внешнем уровне - единственные, которые могут образовать связь. Следовательно, когда между двумя атомами образуется химическая связь, возникает перекрытие или суперпозиция двух орбиталей (по одной от каждого атома), и это тесно связано с геометрией молекул.

Как упоминалось ранее, каждая орбиталь может быть заполнена максимум двумя электронами, но необходимо соблюдать принцип Ауфбау, посредством которого орбитали заполняются в соответствии с их уровнем энергии (от наименьшего до наибольшего), как показано показано ниже:

Таким образом, сначала заполняется уровень 1 с, затем 2 с, затем 2 p и так далее, в зависимости от того, сколько электронов имеет атом или ион.

Таким образом, гибридизация - это явление, соответствующее молекулам, поскольку каждый атом может вносить только чистые атомные орбитали (s, p, d, f) и, благодаря комбинации двух или более атомных орбиталей, такое же количество атомных орбиталей. гибридные орбитали, которые позволяют связывать элементы.

Основные типы

Атомные орбитали имеют разные формы и пространственные ориентации, усложняющиеся, как показано ниже:

Замечено, что существует только один тип s-орбитали (сферическая форма), три типа p-орбиталей (дольчатая форма, где каждая доля ориентирована на пространственной оси), пять типов d-орбиталей и семь типов f-орбиталей, где каждый тип orbital обладает точно такой же энергией, как и подобные.

Атом углерода в основном состоянии имеет шесть электронов, конфигурация которых равна 1 s ² 2 s ² 2 p ^2. То есть они должны занимать уровень 1 s (два электрона), 2 s (два электрона) и частично 2p. (два оставшихся электрона) согласно принципу Ауфбау.

Это означает, что атом углерода имеет только два неспаренных электрона на 2p-орбитали, но, таким образом, невозможно объяснить образование или геометрию молекулы метана (CH ₄ ) или других более сложных молекул .

Таким образом, для образования этих связей необходима гибридизация s- и p-орбиталей (в случае углерода), чтобы генерировать новые гибридные орбитали, которые объясняют даже двойные и тройные связи, где электроны приобретают наиболее стабильную конфигурацию для образования молекул. ,

Sp гибридизация

Гибридизация sp ³ состоит из образования четырех «гибридных» орбиталей из чистых 2s, 2p _x , 2p _y и 2p _z орбиталей .

Таким образом, происходит перегруппировка электронов на уровне 2, где есть четыре электрона, доступные для образования четырех связей, и они расположены параллельно, чтобы иметь меньшую энергию (большую стабильность).

Примером может служить молекула этилена (C ₂ H ₄ ), связи которой образуют углы между атомами 120 ° и придают ей плоскую тригональную геометрию.

В этом случае одинарные связи CH и CC (из-за sp ² -орбиталей ) и двойная связь CC (из-за p-орбитали) образуются с образованием наиболее стабильной молекулы.

Sp гибридизация

Благодаря sp ^2- гибридизации три «гибридных» орбитали генерируются из чистой 2s-орбитали и трех чистых 2p-орбиталей. Кроме того, получается чистая p-орбиталь, которая участвует в образовании двойной связи (называемой пи: «π»).

Примером может служить молекула этилена (C ₂ H ₄ ), связи которой образуют углы между атомами 120 ° и придают ей плоскую тригональную геометрию. В этом случае одинарные связи CH и CC (из-за sp ² -орбиталей ) и двойная связь CC (из-за p-орбиталей) образуются с образованием наиболее стабильной молекулы.