การผสมคาร์บอน: สิ่งที่มันประกอบไปด้วยประเภทและคุณสมบัติของมัน
การ ไฮบริไดเซชันของคาร์บอน เกี่ยวข้องกับการรวมกันของสองอะตอมออร์บิทัลบริสุทธิ์เพื่อสร้างวงโคจรระดับโมเลกุล "ไฮบริด" ใหม่ที่มีลักษณะเฉพาะ ความคิดเกี่ยวกับการโคจรของอะตอมให้คำอธิบายที่ดีกว่าแนวคิดวงโคจรก่อนหน้านี้เพื่อสร้างการประมาณว่ามีความน่าจะเป็นมากในการค้นหาอิเล็กตรอนในอะตอม
อีกวิธีหนึ่งการโคจรของอะตอมเป็นตัวแทนของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อให้ความคิดเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอนหรือคู่ของอิเล็กตรอนในบางพื้นที่ภายในอะตอมซึ่งแต่ละวงถูกกำหนดตามค่าของตัวเลข ควอนตัม
ตัวเลขควอนตัมอธิบายสถานะของระบบ (เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนในอะตอม) ในช่วงเวลาหนึ่งโดยพลังงานที่เป็นของอิเล็กตรอน (n) โมเมนตัมเชิงมุมที่อธิบายในการเคลื่อนที่ (l), โมเมนต์แม่เหล็กที่เกี่ยวข้อง (m) และการหมุนของอิเล็กตรอนขณะเคลื่อนที่ภายในอะตอม
พารามิเตอร์เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะสำหรับอิเล็กตรอนแต่ละตัวในวงโคจรดังนั้นอิเล็กตรอนสองตัวจึงไม่สามารถมีค่าเดียวกันของตัวเลขควอนตัมสี่ตัวและวงโคจรแต่ละวงสามารถครอบครองโดยอิเล็กตรอนสองตัวได้มากที่สุด
การผสมคาร์บอนคืออะไร?
เพื่ออธิบายการไฮบริดของคาร์บอนจะต้องนำมาพิจารณาว่าลักษณะของแต่ละวงโคจร (รูปร่างพลังงานขนาด ฯลฯ ) ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละอะตอม
นั่นคือลักษณะของแต่ละวงขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอิเล็กตรอนใน "เลเยอร์" หรือระดับแต่ละ: จากที่ใกล้กับแกนกลางถึงด้านนอกสุดที่รู้จักกันว่าเปลือกวาเลนซ์
อิเล็กตรอนของระดับนอกสุดเป็นอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะได้ ดังนั้นเมื่อพันธะทางเคมีเกิดขึ้นระหว่างสองอะตอมการซ้อนทับกันหรือทับซ้อนของสองวงโคจร (หนึ่งในแต่ละอะตอม) จะถูกสร้างขึ้นและสิ่งนี้มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเรขาคณิตของโมเลกุล
ตามที่ระบุไว้ข้างต้นแต่ละวงสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุดสองตัว แต่จะต้องปฏิบัติตามหลักการของ Aufbau ซึ่งวงโคจรจะถูกเติมเต็มตามระดับพลังงานของพวกเขา (จากต่ำสุดไปสูงสุด) แสดงด้านล่าง:
ด้วยวิธีนี้ระดับแรกคือ 1 วินาที เต็มไปแล้ว 2 วินาที ตามด้วย 2 p และอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนอะตอมหรือไอออนที่มี
ดังนั้นการผสมพันธุ์เป็นปรากฏการณ์ที่สอดคล้องกับโมเลกุลเนื่องจากอะตอมแต่ละอะตอมสามารถให้อะตอมมิกส์บริสุทธิ์เท่านั้น ( s, p, d, f ) และเนื่องจากการรวมกันของสองอะตอมหรือมากกว่านั้นในปริมาณเดียวกัน ไฮบริดวงโคจรที่อนุญาตการเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบ
ประเภทหลัก
วงโคจรของอะตอมมีรูปร่างที่แตกต่างกันและการวางแนวอวกาศเพิ่มความซับซ้อนดังที่แสดงด้านล่าง:
เป็นที่สังเกตว่ามีเพียงประเภทเดียวของวงโคจร s (รูปทรงกลม) สามประเภทของวงโคจร p (รูปทรง lobular ที่กลีบแต่ละคนจะมุ่งเน้นไปที่แกนอวกาศ) ห้าประเภทของวงโคจรและเจ็ดประเภทวงโคจรที่แต่ละประเภท การโคจรมีพลังงานเช่นเดียวกันกับระดับเดียวกัน
อะตอมของคาร์บอนในสถานะพื้นมีอิเล็กตรอนหกตัวซึ่งมีการกำหนดค่าเป็น 1 วินาที 22 วินาที 22 p 2 นั่นคือพวกเขาควรครอบครองระดับ 1 วินาที (สองอิเล็กตรอน), 2 วินาที (สองอิเล็กตรอน) และบางส่วน 2p (อิเล็กตรอน) อิเล็กตรอนที่เหลืออีกสองตัว) ตามหลักการของ Aufbau
ซึ่งหมายความว่าอะตอมของคาร์บอนมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่สองตัวในวงโคจร 2 p แต่วิธีนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายการก่อตัวหรือรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลมีเธน (CH 4 ) หรือสิ่งที่ซับซ้อนกว่านี้
ดังนั้นในการสร้างลิงค์เหล่านี้คุณจำเป็นต้องทำการผสมพันธุ์ของ s และ p orbitals (ในกรณีของคาร์บอน) เพื่อสร้าง orbitals ลูกผสมใหม่ที่อธิบายแม้กระทั่งพันธะคู่และสามซึ่งอิเล็กตรอนจะได้รับโครงสร้างที่เสถียรที่สุด โมเลกุล
การผสมพันธุ์ sp3
sp3 hybridization ประกอบด้วยการก่อตัวของ orbitals "ไฮบริด" สี่ตัวจากวงโคจรบริสุทธิ์ 2s, 2p x, 2p และ 2p z
ดังนั้นเราจึงมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนใหม่ในระดับ 2 ซึ่งมีอิเล็กตรอนสี่ตัวสำหรับการก่อตัวของพันธะสี่และพวกมันจะถูกเรียงลำดับแบบขนานเพื่อให้มีพลังงานน้อยลง (เสถียรภาพมากขึ้น)
ตัวอย่างคือโมเลกุลของเอทิลีน (C 2 H 4 ) ซึ่งมีพันธะในมุม 120 °ระหว่างอะตอมและให้รูปทรงเรขาคณิตเกี่ยวกับตรีโกณมิติแบบแบน
ในกรณีนี้พันธะ CH และ CC อย่างง่ายจะถูกสร้างขึ้น (เนื่องจากวงโคจร sp 2) และพันธะ CC คู่ (เนื่องจากวงโคจร p ) เพื่อสร้างโมเลกุลที่เสถียรที่สุด
การผสมพันธุ์ sp2
ผ่านการผสมลูกผสม sp2 orbitals "ไฮบริด" สามอันถูกสร้างขึ้นจากวง 2s บริสุทธิ์และวงโคจร 2p บริสุทธิ์ 3 วง นอกจากนี้ยังได้รับวง p บริสุทธิ์ที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะคู่ (เรียกว่า pi: "π")
ตัวอย่างคือโมเลกุลของเอทิลีน (C 2 H 4 ) ซึ่งมีพันธะในมุม 120 °ระหว่างอะตอมและให้รูปทรงเรขาคณิตเกี่ยวกับตรีโกณมิติแบบแบน ในกรณีนี้พันธะ CH และ CC อย่างง่ายจะถูกสร้างขึ้น (เนื่องจากวงโคจร sp2) และพันธะ CC คู่ (เนื่องจากวงโคจร p) เพื่อสร้างโมเลกุลที่เสถียรที่สุด
โดยการผสมพันธุ์ sp hybridization วงโคจร "ไฮบริด" สองวงถูกสร้างขึ้นจากวงโคจรที่บริสุทธิ์ 2s และวงโคจร 2p บริสุทธิ์สามวง ด้วยวิธีนี้มีวงโคจรบริสุทธิ์สองวงที่ก่อตัวขึ้นซึ่งมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะสามตัว
สำหรับการผสมพันธุ์แบบนี้โมเลกุลอะเซทิลีน (C 2 H 2 ) จะถูกนำเสนอเป็นตัวอย่างซึ่งมีพันธะรูปแบบมุม 180 °ระหว่างอะตอมและให้เรขาคณิตเชิงเส้น
สำหรับโครงสร้างนี้มีลิงค์ CH และ CC อย่างง่าย (เนื่องจาก sp orbitals) และลิงก์ CC สามอัน (นั่นคือลิงก์ pi สองอันเนื่องจาก p orbitals p) เพื่อรับการกำหนดค่าด้วยการผลักอิเล็กทรอนิกส์อย่างน้อยที่สุด
