탄소 의 혼성화는 두 개의 순수한 원자 궤도를 결합하여 고유 한 특성을 가진 새로운 분자 궤도 "하이브리드"를 형성합니다. 원자 궤도의 개념은 이전의 궤도 개념보다 더 나은 설명을 제공하여 원자 내에서 전자를 찾을 확률이 더 큰 근사치를 확립합니다.

즉, 원자 궤도는 원자 내의 특정 영역에서 전자 또는 전자 쌍의 위치에 대한 아이디어를 제공하는 양자 역학의 표현이며 각 궤도는 숫자 값에 따라 정의됩니다 양자.

양자 수는 전자에 속한 에너지 (n), 운동에서 설명하는 각운동량 (l), 관련 자기 모멘트를 통해 주어진 순간의 시스템 상태 (원자 내부의 전자 상태 등)를 설명합니다. (m) 및 원자 (들) 내에서 이동하는 전자의 스핀.

이 매개 변수는 궤도의 각 전자에 대해 고유하므로 두 전자는 4 개의 양자 수 중 정확히 동일한 값을 가질 수 없으며 각 궤도는 최대 2 개의 전자가 차지할 수 있습니다.

탄소 혼성화 란 무엇입니까?

탄소의 혼성화를 설명하려면 각 궤도의 특성 (모양, 에너지, 크기 등)이 각 원자가 갖는 전자 구성에 따라 달라진다는 점을 고려해야합니다.

즉, 각 궤도의 특성은 각 "쉘"또는 레벨의 전자 배열에 따라 달라집니다. 원자가 쉘이라고도하는 가장 가까운 핵에서 가장 바깥 쪽까지.

가장 바깥 쪽 수준의 전자는 결합을 형성하는 데 사용할 수있는 유일한 전자입니다. 따라서 두 원자 사이에 화학 결합이 형성되면 두 개의 궤도 (각 원자에서 하나씩)의 중첩 또는 중첩이 생성되며 이는 분자의 기하학적 구조와 밀접한 관련이 있습니다.

앞서 언급했듯이 각 궤도는 최대 2 개의 전자로 채워질 수 있지만 Aufbau 원리를 따라야하며,이를 통해 궤도는 에너지 수준 (가장 작은 것부터 가장 큰 것까지)에 따라 채워집니다. 아래에 표시됩니다.

이런 식으로 원자 또는 이온이 얼마나 많은 전자를 가지고 있는지에 따라 먼저 1s 레벨이 채워진 다음 2s, 2 p 등이 채워집니다.

따라서 혼성화는 분자에 해당하는 현상입니다. 각 원자는 순수한 원자 궤도 (s, p, d, f)에만 기여할 수 있고 둘 이상의 원자 궤도의 조합으로 인해 동일한 양의 요소 간의 링크를 허용하는 하이브리드 궤도.

주요 유형

원자 궤도는 모양과 공간 방향이 다르며 아래와 같이 복잡성이 증가합니다.

s 궤도 (구형 모양)의 한 가지 유형, p 궤도의 세 가지 유형 (각 엽이 공간 축을 향하는 소엽 모양), 5 가지 유형의 d 궤도 및 7 가지 유형의 f 궤도 만있는 것으로 관찰됩니다. 궤도는 그 종류의 에너지와 똑같은 에너지를 가지고 있습니다.

기저 상태의 탄소 원자는 6 개의 전자를 가지며, 그 구성은 1s ² 2s ² 2 p ^2입니다. 즉, 레벨 1s (2 개의 전자), 2s (2 개의 전자) 및 부분적으로 2p를 차지해야합니다. (남은 두 전자) Aufbau 원리에 따라.

이것은 탄소 원자가 2 p 궤도에서 두 개의 비쌍 전자만을 가지고 있음을 의미하지만 메탄 (CH ₄ ) 분자 또는 다른 더 복잡한 분자의 형성이나 기하학을 설명하는 것은 불가능 합니다.

따라서 이러한 결합을 형성하려면 전자가 분자 형성을 위해 가장 안정적인 구성을 획득하는 이중 및 삼중 결합을 설명하는 새로운 하이브리드 궤도를 생성하기 위해 s 및 p 궤도의 혼성화가 필요합니다 (탄소의 경우). .

Sp 혼성화

sp ³ 혼성화 는 순수한 2s, 2p _x , 2p _y 및 2p _z 궤도 에서 4 개의 "하이브리드"궤도의 형성으로 구성됩니다 .

따라서 레벨 2에서 전자의 재 배열이 있습니다. 여기서 4 개의 결합을 형성하는 데 사용할 수있는 4 개의 전자가 있고 이들은 더 적은 에너지 (더 큰 안정성)를 갖도록 병렬로 배열됩니다.

예를 들어 에틸렌 분자 (C ₂ H ₄ )는 결합이 원자 사이에 120 ° 각도를 형성하고 평면 삼각 기하학을 제공합니다.

이 경우 CH 및 CC 단일 결합 (sp ² 오비탈로 인한 )과 CC 이중 결합 (p 오비탈로 인해) 이 생성 되어 가장 안정적인 분자를 형성합니다.

Sp 혼성화

sp ² 혼성화를 통해 순수한 2s 궤도와 3 개의 순수한 2p 궤도에서 3 개의 "하이브리드"궤도가 생성됩니다. 더욱이, 이중 결합의 형성에 참여하는 순수한 p 궤도가 얻어진다 (파이 : "π"라고 함).

예를 들어 에틸렌 분자 (C ₂ H ₄ )는 결합이 원자 사이에 120 ° 각도를 형성하고 평면 삼각 기하학을 제공합니다. 이 경우 CH 및 CC 단일 결합 (sp ² 오비탈로 인한 )과 CC 이중 결합 (p 오비탈로 인해) 이 생성 되어 가장 안정적인 분자를 형성합니다.