Wykład 19

Hybrydyzacja orbitali atomowych
łac. hybrida – mieszaniec,
Kojarzenie płciowe osobników
odmiennych ras, gatunków, rodzajów
Hybrydyzacja
z orbitali atomowych tworzymy takie kombinacje liniowe, które
lepiej nadawałyby się do opisu poszczególnych wiązań.
• ma zastosowanie wyłącznie do atomów w cząsteczkach
• liczba hybr
hybry
yd = liczba orbitali atomowych zużytych do ich utworzenia
• orbitale zhybrydyzowane mają inną energię i kształt niż orbitale
atomowe z których powstały
• hybry
ybrydyzacja wymaga dodatkowej energii, energia ta jest oddawana
po utworzeniu wiązania.
hybrydyzacja sp
pojedynczy orbital s nakłada się z orbitalem p
h1 = s + px
h2 = s - px
Experimental AFM image
F. J. Giessibl, S. Hembacher, H. Bielefeldt, J. Mannhart,
Science 289, 422 (2000)
Orbitale zhybrydyzowane
•Hybrydy powstają w wyniku mieszania się orbitali o
porównywalnej energii.
•Liczba hybryd jest równa liczbie orbitali atomowych
użytych do ich utworzenia
s
+
p
sp
sp
2s
+
Bonding Direction
2px
=
Node shifted
off x=0 plane.
Cząsteczka BeH2
(Be 1s22s2, H 1s1)
obszar nakładania się orbitali
H
Be
H
2s
+
2p
=
sp hybryd
Cząsteczka C2H2
Cząsteczka C2H2
•C* 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1
• hybrydyzacja
sp
Tworzenie wiązania π w C2H2
Wiązanie jest liniowe (kąt 180 o)
Hybrydyzacja sp2 ( 1 orbital s i dwa orbitale p)
Przykładem związku posiadającego tego typu hybrydyzację
jest BH3.
Tworzenie się hybryd
h1 = s + √2px
h2 = s - √1/2px + √3/2py
h3 = s - √1/2px - √3/2py
Hybrydyzacja sp2 w zapisie energetycznym dla cząsteczki BH3
sp2 – C2H4
•C* 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1
•
H
sp2
H
H
C
C
H
C2H4
C2 H4
C2H4
Nakładanie się zhybrydyzowanych orbitali (hybrydyzacja sp2)
centralnego atomu tlenu z orbitalami 2p skrajnych atomów tlenu
w cząsteczce O3
Nakładanie się orbitali 2pz atomów tlenu w cząsteczce O3
O3
http://earthobservatory.nasa.gov
Tworzenie hybryd sp3
promocja
hybrydyzacja
poziomy energetyczne atomu węgla, promocja elektronu 2s, hybrydyzacja
sp3
Cząsteczka CH4
tetraedr
przykład hybrydyzacji sp3 w NH3
N: He, 2s2p3
sp3
5e = 5e
(1+3)Ψ
(1+3)
Ψ = 4t
He, t12, t21, t31, t41
Przestrzenne rozmieszczenie wiązań
i wolnej pary elektronowej
w cząstecze NH3
hybrydyzacja
poziomy energetyczne atomu tlenu i ich hybrydyzacja sp3
Przestrzenne rozmieszczenie wiązań i wolnych par elektronowych
w cząstecze H2O
O: He,
2s2p4
sp3
6e = 6e
(1+3)Ψ
(1+3)
Ψ = 4t
He, t11, t21, t32, t42
Hybrydyzacja sp3d
Przykłady
cząsteczek:
PCl5
SF4
ClF3
X
Hybrydyzacja sp3d2
przykłady SF6, BrF5, XeF4
Witamina
B12
sp C≡N ligand
sp2 C=O
d2sp3 Co
sp3
sp3 SO4
Przestrzenne rozmieszczenie wiązań chemicznych tworzonych
przez orbitale zhybrydyzowane