Sự lai hóa hóa học là "sự pha trộn" của các obitan nguyên tử, khái niệm được nhà hóa học Linus Pauling đưa ra vào năm 1931 để che đi những khiếm khuyết của lý thuyết liên kết hóa trị (TEV). Những gì không hoàn hảo? Đó là: dạng hình học phân tử và độ dài liên kết tương đương trong các phân tử như metan (CH 4 ).
Theo TEV, trong mêtan, các obitan nguyên tử C tạo thành 4 liên kết σ với 4 nguyên tử H. Các obitan 2p, có hình dạng (hình dưới) của C vuông góc với nhau, do đó H phải là một vài từ những người khác ở góc 90º.
Ngoài ra, quỹ đạo 2s (hình cầu) của C liên kết với quỹ đạo 1s của H một góc 135º so với quỹ đạo khác H. Tuy nhiên, bằng thực nghiệm người ta thấy rằng các góc trong CH 4 là 109,5º và Hơn nữa, độ dài của các liên kết C - H là tương đương nhau.
Để giải thích điều này, sự kết hợp của các obitan nguyên tử ban đầu phải được xem xét để tạo thành bốn obitan lai suy biến (có năng lượng bằng nhau). Ở đây sự lai hóa hóa học phát huy tác dụng. Các obitan lai như thế nào? Nó phụ thuộc vào các obitan nguyên tử tạo ra chúng. Ngoài ra, chúng thể hiện một hỗn hợp các đặc tính điện tử của chúng.
Lai hóa sp
Đối với trường hợp của CH 4 , phép lai hóa của C là sp 3 . Từ cách tiếp cận này, hình học phân tử được giải thích với bốn obitan sp 3 cách nhau ở 109,5º và hướng về các đỉnh của một tứ diện.
Trong hình trên, có thể thấy cách các obitan sp 3 (màu xanh lục) thiết lập môi trường điện tử tứ diện xung quanh nguyên tử (A, là C đối với CH 4 ).
Tại sao lại là 109,5º mà không phải các góc khác, để "vẽ" một hình học khác? Lý do là vì góc này giảm thiểu lực đẩy điện tử của bốn nguyên tử liên kết với A.
Do đó, phân tử CH 4 có thể được biểu diễn dưới dạng một tứ diện (hình học phân tử tứ diện).
Nếu thay vì H, C hình thành liên kết với các nhóm nguyên tử khác thì sự lai hoá của chúng sẽ như thế nào? Miễn là cacbon tạo thành bốn liên kết σ (C - A), thì sự lai hóa của chúng sẽ là sp 3 .
Do đó, có thể giả định rằng trong các hợp chất hữu cơ khác như CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (xiclohexan), v.v., cacbon có kiểu lai hóa sp 3 .
Điều này là cần thiết để phác thảo các cấu trúc hữu cơ, trong đó các cacbon liên kết đơn thể hiện các điểm phân kỳ; nghĩa là, cấu trúc không nằm trong một mặt phẳng duy nhất.
Diễn dịch
Cách giải thích đơn giản nhất cho các obitan lai này mà không giải quyết các khía cạnh toán học (các hàm sóng) là gì? Các obitan sp 3 ngụ ý rằng chúng được tạo ra bởi bốn obitan: một s và ba p.
Vì sự kết hợp của các obitan nguyên tử này được giả định là lý tưởng, nên bốn obitan sp 3 giống hệt nhau và chiếm các hướng khác nhau trong không gian (chẳng hạn như trong các obitan p x , p và p z ).
Điều trên có thể áp dụng cho phần còn lại của các dạng lai hóa có thể có: số lượng obitan lai hóa được tạo thành bằng số lượng obitan nguyên tử được kết hợp. Ví dụ, các obitan lai hóa sp 3 d 2 được hình thành từ sáu obitan nguyên tử: một s, ba p và hai d.
Độ lệch góc trái phiếu
Theo Lý thuyết lực đẩy cặp điện tử vỏ Valencia (RPECV), một cặp electron tự do chiếm nhiều thể tích hơn một nguyên tử ngoại quan. Điều này làm cho các liên kết di chuyển ra xa nhau, làm giảm điện áp điện tử và lệch các góc từ 109,5º:
Ví dụ, trong phân tử nước, các nguyên tử H được liên kết với các obitan sp 3 (màu xanh lục), và các cặp electron không chia sẻ ":" chiếm các obitan này.
Lực đẩy của các cặp electron này thường được biểu thị là "hai quả cầu có mắt", do khối lượng của chúng, đẩy hai liên kết O - H.
Do đó, trong nước, các góc liên kết thực sự là 105º, thay vì 109,5º như mong đợi đối với hình học tứ diện.
Khi đó H 2 O có dạng hình học nào ? Nó có dạng hình học góc cạnh. Tại sao? Bởi vì mặc dù hình học điện tử là tứ diện, nhưng hai cặp điện tử không dùng chung sẽ làm biến dạng nó thành hình học phân tử góc.
Lai hóa sp
Khi một nguyên tử kết hợp hai obitan p và s, nó tạo ra ba obitan lai hóa sp 2 ; tuy nhiên, một quỹ đạo p vẫn không thay đổi (vì có ba quỹ đạo trong số chúng), được biểu diễn dưới dạng thanh màu cam trong hình trên.
Ở đây, cả ba obitan sp 2 đều được tô màu xanh lục để làm nổi bật sự khác biệt của chúng so với thanh màu cam: obitan p "tinh khiết".
Một nguyên tử có sự lai hóa sp 2 có thể được hình dung như một sàn tam giác phẳng (tam giác được vẽ với các obitan sp 2 có màu xanh lục), với các đỉnh của nó cách nhau một góc 120º và vuông góc với một thanh.
Và obitan p thuần túy có vai trò gì? Điều đó tạo thành một liên kết đôi (=). Các obitan sp 2 cho phép hình thành ba liên kết σ, trong khi obitan p thuần túy có một liên kết π (liên kết đôi hoặc liên kết ba bao gồm một hoặc hai liên kết π).
Ví dụ, để vẽ nhóm cacbonyl và cấu trúc của phân tử fomanđehit (H 2 C = O), tiến hành như sau:
Các obitan sp 2 của cả C và O tạo thành liên kết σ, trong khi các obitan nguyên chất của chúng tạo thành liên kết π (hình chữ nhật màu cam).
Có thể thấy phần còn lại của các nhóm điện tử (nguyên tử H và các cặp electron không dùng chung) nằm trong các obitan sp khác 2 , cách nhau 120º.
Lai hóa sp
Trong hình trên minh họa một nguyên tử A có lai hóa sp. Ở đây, một obitan s và một obitan p kết hợp với nhau để tạo thành hai obitan sp suy biến. Tuy nhiên, hiện nay hai obitan p nguyên chất vẫn không thay đổi, điều này cho phép A tạo thành hai liên kết đôi hoặc một liên kết ba (≡).
Nói cách khác: nếu trong một cấu trúc, một C tuân theo điều trên (= C = hoặc C≡C), thì phép lai của nó là sp. Đối với các nguyên tử khác ít minh họa hơn - chẳng hạn như kim loại chuyển tiếp - việc mô tả hình học điện tử và phân tử rất phức tạp vì các obitan d và qua f cũng được xem xét.
Các obitan lai hóa lệch nhau một góc 180º. Vì lý do này, các nguyên tử liên kết được sắp xếp theo dạng hình học phân tử tuyến tính (BAB). Cuối cùng, trong hình ảnh bên dưới có thể thấy cấu trúc của anion xyanua:
Người giới thiệu
- Sven. (3 tháng 6 năm 2006). Sp-Orbitals. . Được truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Tháng 5 năm 2002). Liên kết và Lai ghép. Được truy cập vào ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Một lối tắt kết hợp. Được lấy vào ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: masterorganicchemistry.com
- Tiến sĩ Ian Hunt. Khoa Hóa học, Đại học Calgary. lai hóa sp3. Được lấy vào ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: chem.ucalgary.ca
- Liên kết hóa học II: Hình học phân tử và sự lai hóa của quỹ đạo nguyên tử Chương 10.. Được lấy vào ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: wou.edu
- Quimitube. (2015). Liên kết cộng hóa trị: Giới thiệu về Lai ghép quỹ đạo nguyên tử. Được lấy vào ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: quimitube.com
- Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư., Tr. 51). Đồi Mc Graw.