Hibridizarea carbonului: din ce constă, tipurile și caracteristicile lor
Hibridizarea carbonului implică combinarea a două orbite atomice pure pentru a forma un nou orbital molecular "hibrid" cu propriile caracteristici. Noțiunea de orbital atomic oferă o explicație mai bună decât conceptul orbitei anterioare, pentru a stabili o aproximare a locului în care există o probabilitate mai mare de a găsi un electron în interiorul unui atom.
Altfel, o orbitală atomică reprezintă reprezentarea mecanicii cuantice pentru a da o idee despre poziția unui electron sau a unei perechi de electroni într-o anumită zonă a atomului, unde fiecare orbital este definit în funcție de valorile numerelor sale cuantice.
Numerele cuantice descriu starea unui sistem (cum ar fi cel al electronului din interiorul atomului) la un moment dat, prin energia aparținând electronului (n), impulsul angular pe care îl descrie în mișcarea sa (l), momentul magnetic asociat (m) și rotația electronului în timp ce se deplasează în interiorul atomului (lor).
Acești parametri sunt unici pentru fiecare electron într-un orbital, deci doi electroni nu pot avea exact aceleași valori ale celor patru numere cuantice și fiecare orbită poate fi ocupată de cel mult doi electroni.
Care este hibridizarea carbonului?
Pentru a descrie hibridizarea carbonului trebuie avut în vedere că caracteristicile fiecărei orbite (forma, energia, mărimea etc.) depind de configurația electronică a fiecărui atom.
Caracteristicile fiecărei orbite depind de aranjarea electronilor în fiecare "strat" sau de la nivelul cel mai apropiat de cel de la miez la cel mai îndepărtat, cunoscut și sub denumirea de coajă de valență.
Electronii de la nivelul ultraperiferic sunt singurii disponibili pentru a forma o legătură. Prin urmare, atunci când se formează o legătură chimică între doi atomi, este generată suprapunerea sau suprapunerea a două orbite (unul din fiecare atom) și aceasta este strâns legată de geometria moleculelor.
După cum sa arătat mai sus, fiecare orbital poate fi umplut cu maxim doi electroni, dar trebuie respectat principiul Aufbau, prin care orbitele sunt umplute în funcție de nivelul lor de energie (de la cel mai mic la cel mai înalt) arată mai jos:
În acest fel, mai întâi se umple nivelul 1 s, apoi 2 s, urmat de 2 p și așa mai departe, în funcție de câte electroni are atomul sau ionul.
Astfel, hibridizarea este un fenomen corespunzător moleculelor, deoarece fiecare atom poate furniza numai orbitale atomice pure ( s, p, d, f ) și, datorită combinației a două sau mai multe orbite atomice, aceeași cantitate de hibride orbitale care permit legături între elemente.
Tipuri principale
Atomic orbital au diferite forme și orientări spațiale, crescând în complexitate, după cum se arată mai jos:
Se observă că există un singur tip de orbitală (formă sferică), trei tipuri de orbital (formă lobulară, unde fiecare lob este orientat pe o axă spațială), cinci tipuri de orbital și șapte tipuri de orbitale, în care fiecare tip Orbital are exact aceeași energie ca și clasa sa.
Atomul de carbon din starea lui de bază are șase electroni, a căror configurație este 1 s 22 s 22 p 2. Adică ar trebui să ocupe nivelul 1 s (doi electroni), 2 s (doi electroni) și parțial 2p (electronii). doi electroni rămași) conform principiului Aufbau.
Aceasta înseamnă că atomul de carbon are doar doi electroni nepartiți în orbitalul 2p, dar în acest fel nu este posibil să se explice formarea sau geometria moleculei de metan (CH 4 ) sau a altor tipuri mai complexe.
Deci, pentru a forma aceste legături, aveți nevoie de hibridizarea orbitalilor s și p (în cazul carbonului), pentru a genera noi orbitali hibrizi care explică chiar legăturile duble și triple, unde electronii dobândesc cea mai stabilă configurație pentru formarea moleculele.
Hibridizarea sp3
Hibridizarea sp3 constă în formarea a patru orbite "hibride" din orbitele pure 2s, 2p x, 2p și 2p z .
Astfel, avem rearanjarea electronilor în nivelul 2, unde există patru electroni disponibili pentru formarea a patru legături și sunt comandați în paralel pentru a avea mai puțină energie (o mai mare stabilitate).
Un exemplu este molecula de etilenă (C2H4), ale cărei legături formează unghiuri de 120 ° între atomi și asigură o geometrie triunghiulară plat.
În acest caz, legături simple CH și CC sunt generate (datorită orbitalilor sp2) și o dublă legătură CC (datorită porbitalului), pentru a forma cea mai stabilă moleculă.
Hibridizarea sp2
Prin hibridizarea sp2, trei orbite "hibride" sunt generate din orbitele pure 2s și 3 orbite 2p pure. În plus, se obține o porbitală pură care participă la formarea unei duble legături (numită pi: "π").
Un exemplu este molecula de etilenă (C2H4), ale cărei legături formează unghiuri de 120 ° între atomi și asigură o geometrie triunghiulară plat. În acest caz, legăturile simple CH și CC sunt generate (datorită orbitalilor sp2) și o dublă legătură CC (datorită porbitalului), pentru a forma cea mai stabilă moleculă.
Prin hibridizarea sp două orbite "hibride" se stabilesc din orbitele pure 2s orbitale și 3 orbite 2p pure. În acest fel se formează două orbitale pure care participă la formarea unei legături triple.
Pentru acest tip de hibridizare, molecula de acetilenă (C2H2) este prezentată ca un exemplu, ale cărui legături formează unghiuri de 180 ° între atomi și furnizează o geometrie liniară.
Pentru această structură, există legături simple CH și CC (datorită sp orbitalelor) și o legătură triplă CC (adică două legături pi datorate orbitalelor), pentru a obține configurația cu cea mai mică repulsie electronică.
