ההכלאה הכימית הוא "לערבב" של אורביטל האטומי, מושג אשר הוצג על ידי הכימאי לינוס פאולינג ב 1931 כדי לכסות פגמים של תיאוריה של הקשר הערכי (TEV). אילו פגמים? אלה הם: גיאומטריות מולקולריות ואורכי קשר שקולים במולקולות כמו מתאן (CH 4 ).
על פי TEV, במתאן האורביטלים האטומיים C יוצרים ארבעה קשרי σ עם ארבעה אטומי H. האורביטלים 2p, עם צורות formas (תמונה תחתונה) של C הם בניצב זה לזה, ולכן ה- H צריך להיות כמה מאחרים בזווית של 90 מעלות.
בנוסף, מסלול ה- 2 (הכדוריות) של C נקשר למסלול ה- 1 של המסלול בזווית של 135 מעלות ביחס לשלושת ח '. עם זאת, בניסוי נמצא כי הזוויות ב- CH 4 הן 109.5 מעלות וכי יתר על כן, אורכי אגרות החוב C - H שוות ערך.
כדי להסביר זאת, יש לשקול שילוב של האורביטלים האטומיים המקוריים ליצירת ארבעה אורביטלים היברידיים מנווונים (בעלי אנרגיה שווה). כאן נכנסת לפעולה הכלאה כימית. איך נראים אורביטלים היברידיים? זה תלוי במעגלים האטומיים המייצרים אותם. כמו כן, הם מציגים תערובת של המאפיינים האלקטרוניים שלהם.
Sp הכלאה
במקרה של CH 4 , ההכלאה של C היא sp 3 . מתוך גישה זו, מוסברת הגיאומטריה המולקולרית עם ארבעה אורביטלים של sp 3 המופרדים בגובה 109.5 מעלות ומצביעים לעבר קודקודי הטטרדרון.
בתמונה העליונה ניתן לראות כיצד sp 3 האורביטלים (ירוק) מייצרים סביבה אטומית סביבתית אלקטרונית (A, שהיא C עבור CH 4 ).
מדוע 109.5 מעלות ולא זוויות אחרות, כדי "לצייר" גיאומטריה אחרת? הסיבה היא מכיוון שזווית זו ממזערת את ההדחות האלקטרוניות של ארבעת האטומים הנקשרים ל- A.
לפיכך, CH 4 המולקולה יכולה להיות מיוצגת כפי ארבעון (גיאומטריה מולקולרית tetrahedral).
אם במקום H, C נוצר קשרים עם קבוצות אחרות של אטומים, מה תהיה ההכלאה שלהם? כל עוד הפחמן יוצר ארבעה קשרי σ (C-A), ההכלאה שלהם תהיה sp 3 .
זה יכול אפוא להניח כי תרכובות אורגניות אחרות כמו CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (cyclohexane), וכו ', פחמן יש sp 3 הכלאה .
זה חיוני לשרטוט מבנים אורגניים, שבהם פחמניות קשורות יחידה מייצגות נקודות שונות. כלומר, המבנה לא נשאר במישור יחיד.
פרשנות
מה הפירוש הפשוט ביותר עבור אורביטלים היברידיים אלה מבלי להתייחס להיבטים המתמטיים (פונקציות הגל)? על פי מספר 3 האורביטלים , מקורם של ארבעה אורביטלים: אחד ש 'ושלוש ע'.
מכיוון שהשילוב של אורביטלים אטומיים אלה מניח כי הוא אידיאלי, ארבעת האורביטלים sp 3 המתקבלים זהים ותופסים אוריינטציות שונות בחלל (כמו למשל באורביטלים p x , p ו- p z ).
האמור לעיל חל על יתר ההכלאות האפשריות: מספר האורביטלים ההיברידיים הנוצרים זהה למספר האורביטלים האטומיים המשולבים זה בזה. לדוגמה, sp 3 d 2 אורביטלים היברידיים נוצרים משישה אורביטלים אטומיים: אחד ש ', שלוש פ' ושני ד '.
סטיות זווית הקשר
על פי תורת הדחייה האלקטרונית של מעטפת ולנסיה (RPECV), זוג אלקטרונים חופשיים תופסים נפח רב יותר מאשר אטום מלוכד. זה גורם לקישורים להתנועע, להפחתת המתח האלקטרוני וסטיית הזוויות מ- 109.5º:
לדוגמה, במולקולת המים אטומי ה- H קשורים ל 3 האורביטלים sp (בירוק), וגם לזוגות האלקטרונים הלא משותפים ":" תופסים את האורביטלים הללו.
הדחותיהם של זוגות האלקטרונים הללו מיוצגים בדרך כלל כ"שתי גלובוס עם עיניים ", אשר, בגלל הנפח שלהן, דוחים את שני קשרי σ O-H.
לפיכך, במים זוויות הקשר הן למעשה 105 מעלות, במקום 109.5 מעלות הצפויות לגיאומטריה טטרדראלית.
איזו גאומטריה אז יש ל- H 2 O? יש לו גיאומטריה זוויתית. למה? מכיוון שלמרות שהגיאומטריה האלקטרונית היא טטרהדראלית, שני זוגות אלקטרונים לא משותפים מעוותים אותה לגיאומטריה מולקולרית זוויתית.
Sp הכלאה
כאשר אטום משלב שני אורביטלים p ו- 1, הוא מייצר שלושה מסלולי spib 2 היברידיים ; עם זאת, מסלול אחד p נותר ללא שינוי (מכיוון שישנם שלושה כאלה), אשר מיוצג כסר כתום בתמונה העליונה.
כאן, כל שלושת האורביטלים של ה- Sp 2 הם בצבע ירוק כדי להדגיש את ההבדל שלהם מהסרגל הכתום: המסלול ה"טהור ".
ניתן לדמיין אטום עם הכלאה sp 2 כרצפה טריגונאלית שטוחה (המשולש המצויר בעזרת המעגלים Sp 2 בצבע ירוק), כאשר קודקודיו מופרדים בזוויות 120 מעלות ובאמצעותו ניצב לסור.
ואיזה תפקיד ממלא המסלול הטהור? זה של יצירת קשר כפול (=). האורביטלים sp 2 מאפשרים היווצרות של שלושה קשרי σ, ואילו הקשר ה - P המסלול הטהור אחד (קשר כפול או משולש כולל קשר אחד או שניים π).
לדוגמה, לצייר את קבוצת הקרבוניל ואת מבנה מולקולת הפורמלדהיד (H 2 C = O), המשך באופן הבא:
האורביטלים sp 2 של C וגם O יוצרים קשר σ ואילו האורביטלים הטהורים שלהם יוצרים קשר π (המלבן הכתום).
ניתן לראות כיצד שאר הקבוצות האלקטרוניות (אטומי H וזוגות האלקטרונים שלא משותפים) ממוקמים בשני המעגלים האחרים sp 2 , מופרדים על ידי 120 מעלות.
Sp הכלאה
בתמונה העליונה מצויר אטום עם הכלאה sp. כאן, מסלול אחד של אורביטל אחד ו- p משולבים יחד ליצירת שני מסלולי sp מנווונים. עם זאת, כעת שני אורביטלים p טהורים נשארים ללא שינוי, המאפשרים ל- A ליצור שני קשרים כפולים או קשר משולש אחד (≡).
במילים אחרות: אם C תואם את האמור לעיל במבנה (= C = או C≡C), ההכלאה שלו היא sp. עבור אטומים אחרים פחות מאיירים - כמו מתכות מעבר - התיאור של גיאומטריות אלקטרוניות ומולקולריות מסובך מכיוון שנחשבים גם d ודרך f orbitals.
האורביטלים ההיברידיים מופרדים בזווית של 180 מעלות. מסיבה זו האטומים המלוכדים מסודרים בגיאומטריה מולקולרית ליניארית (BAB). לבסוף, התמונה התחתונה מציגה את מבנה אניון הציאניד:
הפניות
- סוון. (3 ביוני, 2006). Sp-Orbitals. . הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: commons.wikimedia.org
- ריצ'רד סי בנקס. (מאי 2002). מליטה והכלאה. הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: chemistry.boisestate.edu
- ג'יימס. (2018). קיצור דרך להכלאה. הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: masterorganicchemistry.com
- ד"ר איאן האנט. המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קלגרי. הכלאה sp3. הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: chem.ucalgary.ca
- קשר כימי II: גיאומטריה מולקולרית והכלאה של אורביטלים אטומיים פרק 10. הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: wou.edu
- קווימיטוב. (2015). מליטה קוולנטית: מבוא להכלאה אורביטאלית אטומית. הוחזר ב- 24 במאי 2018, מ: quimitube.com
- שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (מהדורה רביעית. עמ '51). מק גריי היל.