Hybrydyzacja orbitali atomowychHybrydyzacja orbitali atomowych

łac. łac. hybridahybrida –– mieszaniec, mieszaniec, Kojarzenie płciowe osobników Kojarzenie płciowe osobników

odmiennych ras, gatunków, rodzajówodmiennych ras, gatunków, rodzajów

•• ma zastosowanie wyma zastosowanie wy łąłącznie do atomcznie do atom óów w czw w cz ąąsteczkachsteczkach

•• liczbaliczba hybrhybr yyd = d = liczba orbitali atomowych zuliczba orbitali atomowych zu ŜŜytych do ich ytych do ich utworzeniautworzenia

•• orbitale orbitale zhybrydyzowanezhybrydyzowane majmająą inninn ąą energienergi ęę i ksztai kszta łłt nit ni ŜŜ orbitale orbitale atomowe z ktatomowe z kt óórych powstarych powsta łłyy

•• hhybrybr yyddyzacjayzacja wymaga dodatkowej energii, energia ta jest wymaga dodatkowej energii, energia ta jest oddawana po utworzeniu wioddawana po utworzeniu wi ąązania.zania.

HybrydyzacjaHybrydyzacjaz orbitali atomowych tworzymy takie kombinacje lini owe, które z orbitali atomowych tworzymy takie kombinacje lini owe, które lepiej nadawałyby si ę do opisu poszczególnych wi ązań.lepiej nadawałyby si ę do opisu poszczególnych wi ązań.

Hybrydyzacja spPojedynczy orbital s nakłada si ę z orbitalem p

h1 = s + p x h2 = s - p x

Experimental AFM image of a single atom

F. J. Giessibl, S. Hembacher, H. Bielefeldt, J. Mannhart, Science 289, 422 (2000)

+s p

sp

sp

Orbitale Orbitale zhybrydyzowanezhybrydyzowane

•Hybrydy powstaj ą w wyniku mieszania si ę orbitali o porównywalnej energii .

•Liczba hybryd jest równa liczbie orbitali atomowych uŜytych do ich utworzenia

2s

+

2px=

Node shiftedoff x=0 plane.

Bonding Direction

BeH H

obszar nakładania się orbitali

Cząsteczka BeH 2(Be 1s 22s2, H 1s1)

2s2s ++ 2p2p == spsp hybrydhybryd

Cząsteczka C2H2

Cząsteczka C2H2

•C* 1s2 2s1 2px1 2py

1 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 si ę hybrydTworzenie si ę hybryd

h1 = s + √√√√2pxh2 = s -√√√√1/2px + √√√√3/2pyh3 = s -√√√√1/2px - √√√√3/2py

Hybrydyzacja sp 2 w zapisie energetycznym dla cz ąsteczki BH 3

C CH

H H

H

sp2 – C2H4

•C* 1s2 2s1 2px1 2py

1 2pz1

• sp2

C2H4

C2H4

C2H4

Nakładanie si ę Nakładanie si ę zhybrydyzowanychzhybrydyzowanych orbitali (hybrydyzacja sporbitali (hybrydyzacja sp 22))centralnego atomu tlenu z orbitalami centralnego atomu tlenu z orbitalami 2p2p skrajnych atomów tlenuskrajnych atomów tlenu

w cząsteczce Ow cząsteczce O 33

Nakładanie si ę orbitali Nakładanie si ę orbitali 2p2pzz atomów tlenu w cz ąsteczce Oatomów tlenu w cz ąsteczce O 33

O3

http://earthobservatory.nasa.gov

Tworzenie hybryd sp 3

poziomy energetyczne atomu w ęgla, promocja elektronu 2s, hybrydyzacja

promocja hybrydyzacja

spsp 33

Cząsteczka CHCząsteczka CH 44

Przykład hybrydyzacji sp 3 w NH3

N: He, 2sN: He, 2s 22pp33spsp 33

He, tHe, t1122, t, t22

11, t, t3311, t, t44

11

5e = 5e = 5e5e

(1+3)(1+3)ΨΨΨΨΨΨΨΨ = 4t= 4t

Przestrzenne rozmieszczenie wi ązań Przestrzenne rozmieszczenie wi ązań i wolnej pary elektronoweji wolnej pary elektronowej

w w cząsteczecząstecze NHNH33

poziomy energetyczne atomu tlenu i ich hybrydyzacja sppoziomy energetyczne atomu tlenu i ich hybrydyzacja sp 33

hybrydyzacja

Przestrzenne rozmieszczenie wi ązań i wolnych par elektronowychPrzestrzenne rozmieszczenie wi ązań i wolnych par elektronowychw w cząsteczecząstecze HH22OO

O: He, 2sO: He, 2s 22pp44spsp 33

He, tHe, t1111, t, t22

11, t, t3322, t, t44

22

6e = 6e = 6e6e

(1+3)(1+3)ΨΨΨΨΨΨΨΨ = 4t= 4t

Hybrydyzacja sp3d

Przykłady cząsteczek:

Cl5

F4

lF3

Hybrydyzacja sp3d2

przykłady SF6, BrF5, XeF4

sp3

sp2 C=Osp C≡N ligand

d2sp3 Co

sp3 SO4

WitaminaB12

Przestrzenne rozmieszczenie wi ązań chemicznych tworzonychPrzestrzenne rozmieszczenie wi ązań chemicznych tworzonychprzez orbitale przez orbitale zhybrydyzowanezhybrydyzowane