Karbon hibridizasyonu: nelerden oluştuğu, tipleri ve özellikleri
Karbonun hibridizasyonu, kendi karakteristiklerine sahip yeni bir "hibrit" moleküler orbital oluşturmak için iki saf atomik orbitalin kombinasyonunu içerir. Atomik yörünge kavramı, bir atomun içinde bir elektron bulma olasılığının daha yüksek olduğu bir yere yakın bir konum belirlemek için önceki yörünge konseptinden daha iyi bir açıklama sunar.
Başka bir deyişle, bir atomik yörünge, her bir yörüngenin sayılarının değerlerine göre tanımlandığı, atom içindeki belirli bir alanda bir elektron veya bir çift elektronun konumu hakkında bir fikir vermek için kuantum mekaniğinin temsilidir. kuantum.
Kuantum sayılar, belirli bir anda (elektronun elektronununki gibi) belirli bir anda, elektrona (n) ait olan enerji, hareketinde (l) tarif ettiği açısal momentum, manyetik moment ile ilgili durumunu açıklar. (m) atom içinde hareket ederken elektronun dönüşü.
Bu parametreler bir orbitaldeki her elektron için benzersizdir, bu nedenle iki elektron dört kuantum sayısının tam olarak aynı değerlerine sahip olamaz ve her bir orbital en fazla iki elektron tarafından işgal edilebilir.
Karbon hibridizasyonu nedir?
Karbonun hibridizasyonunu tarif etmek için, her bir yörüngenin özelliklerinin (şekli, enerjisi, boyutu vb.) Her atomun elektronik konfigürasyonuna bağlı olduğu dikkate alınmalıdır.
Yani, her bir yörüngenin özellikleri, elektronların her "katman" veya seviyedeki düzenlemesine bağlıdır: en yakından çekirdeğe en dışa, değerlik kabuğu olarak da bilinir.
En dış seviyedeki elektronlar bir bağ oluşturmak için mevcut olanlardır. Bu nedenle, iki atom arasında kimyasal bir bağ oluştuğunda, iki orbitin üst üste binmesi veya üst üste gelmesi (her bir atomdan biri) oluşur ve bu, moleküllerin geometrisi ile yakından ilgilidir.
Yukarıda belirtildiği gibi, her bir yörünge en fazla iki elektronla doldurulabilir, ancak yörüngelerin enerji seviyelerine göre (en düşükten en yükseğe) doldurulduğu Aufbau İlkesine uyulmalıdır. aşağıda gösterir:
Bu şekilde, önce seviye 1 sn, sonra 2 sn, ardından atom veya iyonun kaç elektron sayısına bağlı olarak 2 p vb.
Dolayısıyla, hibridizasyon, moleküllere karşılık gelen bir fenomendir, çünkü her bir atom yalnızca saf atomik orbitalleri ( s, p, d, f ) sağlayabilir ve iki veya daha fazla atomik orbitalin kombinasyonu nedeniyle aynı miktarda elemanlar arasında bağlantıya izin veren melez yörüngeler.
Ana türleri
Atomik yörüngeler, aşağıda gösterildiği gibi karmaşıklığı artan, farklı şekillere ve uzamsal yönelimlere sahiptir:
Sadece bir tür yörünge s (küresel şekil), üç tür p orbital (her lobun bir uzaysal eksene yönelik olduğu lobüler şekil), beş tür d orbital ve her türün yedi tür orbital olduğu gözlenmiştir. Yörünge, sınıfıyla tamamen aynı enerjiye sahiptir.
Zemin durumundaki karbon atomu, konfigürasyonu 1 sn 22 sn 22 p 2 olan altı elektrona sahiptir. Yani, seviye 1 sn (iki elektron), 2 sn (iki elektron) ve kısmen 2 p (elektronlar) işgal etmeleri gerekir. Aufbau Prensibi'ne göre iki kalan elektron).
Bu, karbon atomunun sadece 2 p orbitalinde eşlenmemiş iki elektronu olduğu anlamına gelir, ancak bu şekilde metan molekülünün (CH4) veya diğer daha karmaşık olanların oluşumunu veya geometrisini açıklamak mümkün değildir.
Bu bağlantıları oluşturmak için s ve p orbitallerinin (karbon durumunda) hibridizasyonuna ihtiyacınız var, elektronların oluşumu için en kararlı konfigürasyona sahip oldukları çift ve üçlü bağları bile açıklayan yeni hibrit orbitaller üretmelisiniz. moleküller.
Hibridizasyon sp3
Sp3 hibridizasyonu, saf 2'ler, 2p x, 2p ve ve 2p z orbitallerinden dört "hibrit" orbital oluşumundan oluşur.
Böylece, elektronların seviye 2'de yeniden düzenlenmesi var, burada dört bağın oluşması için dört elektron vardır ve daha az enerjiye sahip olacak şekilde paralel olarak sıralanırlar (daha fazla stabilite).
Bir örnek, bağları atomlar arasında 120 ° açılar oluşturan ve düz bir trigonal geometri sağlayan etilen molekülüdür (C2H4).
Bu durumda, basit CH ve CC bağları ( sp2 orbitalleri nedeniyle) ve en stabil molekülü oluşturmak için bir çift CC bağı ( p orbitalinden dolayı) üretilir.
Hibridizasyon sp2
Sp2 hibridizasyonu yoluyla, saf 2'ler orbital ve üç saf 2p orbitallerden üç "hibrit" orbital üretilir. Ek olarak, çift bağın oluşumuna katılan (pi: "π") saf bir p orbital elde edilir.
Bir örnek, bağları atomlar arasında 120 ° açılar oluşturan ve düz bir trigonal geometri sağlayan etilen molekülüdür (C2H4). Bu durumda, basit CH ve CC bağları (sp2 orbitalleri nedeniyle) ve en stabil molekülü oluşturmak için bir çift CC bağı (p orbitalinden dolayı) üretilir.
Sp hibridizasyonu ile saf 2s orbital ve üç saf 2p orbitalden iki "hibrit" orbital oluşturulur. Bu şekilde, üçlü bir bağın oluşumuna katılan iki saf p orbital oluşur.
Bu tür bir hibridizasyon için asetilen molekülü (C2H2), atomları arasında bağları 180 ° açı oluşturan ve doğrusal bir geometri sağlayan bir örnek olarak sunulur.
Bu yapı için, en az elektronik itişme ile konfigürasyonu elde etmek için basit CH ve CC bağlantıları (sp orbitalleri nedeniyle) ve üçlü CC bağlantısı (yani, p orbitalleri nedeniyle iki pi bağlantısı) vardır.
