Lai hóa học sp, sp2, sp3

các lai hóa học là "hỗn hợp" của các quỹ đạo nguyên tử, mà khái niệm này đã được nhà hóa học Linus Pauling đưa ra vào năm 1931 để đề cập đến sự không hoàn hảo của Lý thuyết Liên kết của Valencia (TEV). Những gì không hoàn hảo? Đó là: hình học phân tử và độ dài liên kết tương đương trong các phân tử như metan (CH₄).

Theo TEV, trong metan, các quỹ đạo nguyên tử của C tạo thành bốn liên kết with với bốn nguyên tử H. Các quỹ đạo 2p với các dạng formas (ảnh dưới) của C vuông góc với nhau, do đó Hs nên được đặt cách nhau của những người khác ở góc 90 độ.

Ngoài ra, quỹ đạo 2s (hình cầu) của C được liên kết với quỹ đạo 1s của H ở góc 135 độ so với ba Hs còn lại. Tuy nhiên, người ta đã phát hiện ra rằng các góc trong CH₄ là 109,5 and và ngoài ra, độ dài của các liên kết C - H là tương đương.

Để giải thích điều này, một sự kết hợp của các quỹ đạo nguyên tử ban đầu phải được xem xét để tạo thành bốn quỹ đạo lai suy biến (có năng lượng bằng nhau). Ở đây có hóa chất hóa học. Các quỹ đạo lai như thế nào? Nó phụ thuộc vào quỹ đạo nguyên tử tạo ra chúng. Họ cũng thể hiện một hỗn hợp các đặc tính điện tử của những.

Chỉ số

• Lai 1 sp3
  • 1.1 Giải thích
  • 1.2 Độ lệch của các góc của liên kết
• 2 lai hóa sp2
• 3 lai hóa sp
• 4 tài liệu tham khảo

Sp lai³

Trong trường hợp CH₄, Phép lai của C là sp³. Từ phương pháp này, hình học phân tử được giải thích với bốn quỹ đạo sp³ tách ra ở 109,5 and và chỉ về phía các đỉnh của một khối tứ diện.

Trong hình trên, bạn có thể thấy cách các quỹ đạo sp³ (màu xanh lá cây) thiết lập môi trường điện tử tứ diện xung quanh nguyên tử (A, là C cho CH₄).

Tại sao 109,5 và không phải các góc khác, để "vẽ" một hình học khác nhau? Lý do là góc này giảm thiểu lực đẩy điện tử của bốn nguyên tử được liên kết với A.

Theo cách này, phân tử CH₄ có thể được biểu diễn dưới dạng 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 hóa của nó là gì? Chừng nào carbon hình thành bốn liên kết (C-A), sự lai hóa của nó sẽ là³.

Có thể giả định rằng trong các hợp chất hữu cơ khác như CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄, C₆H₁₂ (cyclohexane), v.v., carbon có sự lai hóa sp³.

Đây là điều cơ bản để phác họa các cấu trúc hữu cơ, trong đó các nguyên tử cacbon có liên kết đơn giản đại diện cho các điểm phân kỳ; đó là, cấu trúc không tồn tại trong một mặt phẳng.

Giải thích

Giải thích đơn giản nhất cho các quỹ đạo lai này mà không giải quyết các khía cạnh toán học (các hàm sóng) là gì? Các quỹ đạo sp³ ngụ ý rằng chúng được bắt nguồn từ bốn quỹ đạo: một s và ba p.

Bởi vì sự kết hợp của các quỹ đạo nguyên tử này được cho là lý tưởng, bốn quỹ đạo sp³ kết quả là giống hệt nhau và chiếm các hướng khác nhau trong không gian (chẳng hạn như trong quỹ đạo p_x, p_và và p_z).

Ở trên có thể áp dụng cho phần còn lại của các phép lai có thể: số lượng quỹ đạo lai được hình thành giống như các quỹ đạo nguyên tử kết hợp. Ví dụ, quỹ đạo lai sp³d² chúng được hình thành từ sáu quỹ đạo nguyên tử: một s, ba p và hai d.

Độ lệch của các góc của liên kết

Theo lý thuyết về lực đẩy của các cặp điện tử của lớp Valencia (VSEPR), một cặp electron tự do chiếm nhiều thể tích hơn một nguyên tử liên kết. Điều này làm cho các liên kết di chuyển xa nhau, làm giảm sức căng điện tử và chuyển hướng các góc 109,5:

Ví dụ, trong phân tử nước, các nguyên tử H liên kết với quỹ đạo sp³ (màu xanh lá cây) và cả các cặp electron không được chia sẻ ":" chiếm các quỹ đạo này.

Lực đẩy của các cặp electron này thường được biểu diễn dưới dạng "hai quả cầu có mắt", do khối lượng của chúng, đẩy lùi hai liên kết σ O - H.

Do đó, trong nước, các góc của các liên kết thực sự là 105 ,, thay vì 109,5º dự kiến ​​cho hình dạng tứ diện.

H có hình học gì sau đó?₂O? Nó có một hình dạng góc. Tại sao? Bởi vì mặc dù hình học điện tử là tứ diện, hai cặp electron không chia sẻ làm mất đi hình dạng phân tử góc.

Sp lai²

Khi một nguyên tử kết hợp hai quỹ đạo p và một s, nó sẽ tạo ra ba quỹ đạo lai sp²; tuy nhiên, một quỹ đạo p vẫn không thay đổi (vì chúng là ba), được biểu diễn dưới dạng một thanh màu cam trong hình trên.

Ở đây, ba quỹ đạo sp² chúng có màu xanh để làm nổi bật sự khác biệt của chúng từ thanh màu cam: quỹ đạo p "tinh khiết".

Một nguyên tử với lai hóa sp² có thể được hình dung như một sàn lượng giác phẳng (hình tam giác được vẽ bằng quỹ đạo sp² có màu xanh lá cây), với các đỉnh được phân tách bằng các góc 120 độ và vuông góc với một thanh.

Và vai trò của p orbital thuần túy đóng vai trò gì? Đó là hình thành một liên kết đôi (=). Các quỹ đạo sp² cho phép hình thành ba liên kết, trong khi p thuần túy là một liên kết π (liên kết đôi hoặc ba ngụ ý một hoặc hai liên kết π).

Ví dụ, để vẽ nhóm carbonyl và cấu trúc của phân tử formaldehyd (H₂C = O), tiến hành như sau:

Các quỹ đạo sp² cả C và O tạo thành một liên kết, trong khi các quỹ đạo thuần túy của chúng tạo thành một liên kết π (hình chữ nhật màu cam).

Có thể thấy phần còn lại của các nhóm điện tử (nguyên tử H và cặp electron không chia sẻ) được đặt trong các quỹ đạo sp khác.², cách nhau 120 độ.

Sp lai

Hình trên cho thấy một nguyên tử A với sp lai. Ở đây, một quỹ đạo s và một quỹ đạo p kết hợp để tạo ra hai quỹ đạo sp thoái hóa. Tuy nhiên, bây giờ hai quỹ đạo p thuần không thay đổi, cho phép A tạo thành hai liên kết đôi hoặc liên kết ba ().

Nói cách khác: nếu trong một cấu trúc, một C tuân theo quy định trên (= C = hoặc C≡C), thì phép lai của nó là sp. Đối với các nguyên tử ít minh họa khác - chẳng hạn như kim loại chuyển tiếp - việc mô tả hình học điện tử và phân tử rất phức tạp vì các quỹ đạo d và thậm chí các quỹ đạo f cũng được xem xét..

Các quỹ đạo lai được phân tách bằng một góc 180º. Vì lý do này, các nguyên tử liên kết được sắp xếp theo dạng hình học phân tử tuyến tính (B - A - B). Cuối cùng, trong hình ảnh bên dưới, bạn có thể thấy cấu trúc của anion xyanua:

Tài liệu tham khảo

1. Sven. (Ngày 3 tháng 6 năm 2006). S-p-quỹ đạo. [Hình] Truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: commons.wikidia.org
2. Richard C. Ngân hàng. (Tháng 5 năm 2002). Liên kết và lai. Truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: Chemistry.boisestate.edu
3. James. (2018). Một lối tắt lai. Truy cập vào ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: master Waste Chemistry.com
4. Tiến sĩ Ian Hunt. Khoa Hóa học, Đại học Calgary. lai hóa sp3. Truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: chem.ucacheary.ca
5. Liên kết hóa học II: Hình học phân tử và lai hóa các quỹ đạo nguyên tử Chương 10. [PDF]. Truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: wou.edu
6. Quimitube (2015). Liên kết cộng hóa trị: Giới thiệu về sự lai hóa các quỹ đạo nguyên tử. Truy cập ngày 24 tháng 5 năm 2018, từ: quimitube.com
7. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa vô cơ (Ấn bản thứ tư, trang 51). Đồi Mc Graw.