Was ist die Theorie der Orbitalhybridisierung? + Beispiel

Was ist die Theorie der Orbitalhybridisierung? + Beispiel
Anonim

Orbitalhybridisierung ist das Konzept des Mischens von Atomorbitalen, um neue zu bilden Hybrid-Orbitale. Diese neuen Orbitale haben andere Energien, Formen usw. als die ursprünglichen Atomorbitale. Die neuen Orbitale können sich dann überlappen, um chemische Bindungen zu bilden.

Ein Beispiel ist die Hybridisierung des Kohlenstoffatoms in Methan, CH. Wir wissen, dass alle vier CH-Bindungen in Methan gleichwertig sind. Sie zeigen in Richtung der Ecken eines regelmäßigen Tetraeders mit Bindungswinkeln von 109,5 °.

Daher muss der Kohlenstoff vier Orbitale mit der richtigen Symmetrie haben, um an die vier Wasserstoffatome zu binden.

Die Grundzustandskonfiguration eines Kohlenstoffatoms ist # 1s ^ 2 2s ^ 2 2p_x2p_y #.

Wir können diese Konfiguration auf der linken Seite des Diagramms oben sehen.

Das Kohlenstoffatom kann seine zwei einfach besetzten p-Orbitale verwenden, um zwei kovalente Bindungen mit zwei Wasserstoffatomen zu bilden, wodurch · CH · erhalten wird. Das ist kein Methan.

Das Kohlenstoffatom kann auch ein Elektron vom 2s-Orbital zum leeren 2p-Orbital anregen, wie in der gestrichelten Linie oben. Dies ergibt vier einzeln besetzte Orbitale.

Die durch Überlappung mit den drei 2p-Orbitalen gebildeten C-H-Bindungen hätten Bindungswinkel von 90 °. Die durch Überlappung mit dem 2s-Orbital gebildete CH-Bindung würde sich in einem anderen Winkel befinden. Dies ist nicht die Struktur von Methan.

Wenn die 2s- und 2p-Orbitale mathematisch gemischt ("hybridisiert") werden, erhalten wir vier neue äquivalente sp³-Orbitale. Die Mathematik sagt voraus, dass die Bindungswinkel 109,5 ° betragen - genau das, was wir in Methan sehen.

Die Energie, die durch die Bildung von vier Bindungen freigesetzt wird, überkompensiert die erforderliche Anregungsenergie. Daher wird die Bildung von vier C-H-Bindungen energetisch begünstigt.

Hoffe das hilft.