화학 혼성화 (가) 그 개념 원자가 결합 (TEV) 이론의 결점을 커버하는 1931 년 화학자 리누스 폴링에 의해 도입 된 원자 궤도,의 "혼합"이다. 어떤 결함이 있습니까? 메탄 (CH 4 ) 과 같은 분자의 분자 구조 및 등가 결합 길이 .
TEV에 따르면 메탄에서 C 원자 궤도는 4 개의 H 원자와 함께 4 개의 σ 결합을 형성합니다 .C의 형식 (하단 이미지)이있는 2p 궤도는 서로 수직이므로 H는 몇 개 여야합니다. 90º 각도로 다른 사람으로부터.
또한 C의 2s (구형) 궤도는 다른 3 개의 H에 대해 135º 각도로 H의 1s 궤도에 결합합니다. 그러나 실험적으로 CH 4 의 각도 는 109.5º이고 또한 C – H 결합의 길이는 동일합니다.
이를 설명하기 위해 원래 원자 궤도의 조합을 고려하여 4 개의 축퇴 하이브리드 궤도 (동일한 에너지)를 형성해야합니다. 여기서 화학적 혼성화가 작용합니다. 하이브리드 궤도는 어떤가요? 그것은 그것들을 생성하는 원자 궤도에 달려 있습니다. 또한 전자적 특성이 혼합되어 있습니다.
Sp 혼성화
CH 4 의 경우 C의 혼성화는 sp 3 입니다. 이 접근법에서 분자 기하학은 4 개의 sp 3 궤도 가 109.5º에서 분리되고 4 면체의 꼭지점을 가리키는 것으로 설명됩니다 .
상단 이미지에서 sp 3 궤도 (녹색)가 원자 주위에 사면체 전자 환경을 설정하는 방법을 볼 수 있습니다 (A, CH 4의 경우 C ).
다른 지오메트리를 "그리기"위해 왜 다른 각도가 아닌 109.5º입니까? 그 이유는이 각도가 A에 결합하는 4 개의 원자의 전자적 반발을 최소화하기 때문입니다.
따라서 CH 4 분자 는 사면체 (사면체 분자 기하학)로 나타낼 수 있습니다.
H 대신 C가 다른 원자 그룹과 결합을 형성한다면, 그들의 혼성화는 무엇일까요? 탄소가 4 개의 σ 결합 (C – A)을 형성하는 한 이들의 혼성화는 sp 3 입니다.
결과적으로 CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (시클로 헥산) 등과 같은 다른 유기 화합물 에서 탄소는 sp 3 혼성화를 갖는다 고 가정 할 수 있습니다.
이것은 단일 결합 탄소가 분기점을 나타내는 유기 구조를 스케치하는 데 필수적입니다. 즉, 구조가 단일 평면에 남아 있지 않습니다.
해석
수학적 측면 (파동 함수)을 다루지 않고 이러한 하이브리드 궤도에 대한 가장 간단한 해석은 무엇입니까? sp 3 궤도 는 4 개의 궤도 (1 s 및 3 p)에 의해 시작되었음을 의미합니다.
이러한 원자 궤도의 조합이 이상적이라고 가정하기 때문에 결과 4 개의 sp 3 궤도 는 동일하며 공간에서 서로 다른 방향 (예 : p x , p 및 p z 궤도 )을 차지 합니다.
위의 내용은 가능한 나머지 혼성화에 적용 할 수 있습니다. 형성되는 혼성 궤도의 수는 결합 된 원자 궤도의 수와 동일합니다. 예를 들어 sp 3 d 2 하이브리드 궤도 는 6 개의 원자 궤도 (1 초, 3P 및 2D) 로 형성됩니다.
결합 각도 편차
발렌시아 쉘 (RPECV)의 전자 쌍에 대한 반발 이론에 따르면, 한 쌍의 자유 전자는 결합 된 원자보다 더 많은 부피를 차지합니다. 이로 인해 링크가 분리되어 전자 전압이 감소하고 각도가 109.5º에서 벗어납니다.
예를 들어, 물 분자에서 H 원자는 sp 3 오비탈 (녹색)에 결합되어 있으며 마찬가지로 공유되지 않은 전자 쌍 ":"이이 오비탈을 차지합니다.
이러한 전자 쌍의 반발은 일반적으로 "눈을 가진 두 개의 구체"로 표현되며, 부피 때문에 두 개의 σ O – H 결합을 밀어냅니다.
따라서 물에서 결합 각도는 4 면체 기하학에 대해 예상되는 109.5º 대신 실제로 105º입니다.
그렇다면 H 2 O에는 어떤 기하학 이 있습니까? 각도 기하학이 있습니다. 왜? 전자 기하학은 사면체이지만 두 쌍의 비공유 전자가 각 분자 기하학으로 왜곡하기 때문입니다.
Sp 혼성화
원자가 2 개의 p와 1 개의 s 궤도를 결합하면 3 개의 sp 2 하이브리드 궤도가 생성됩니다 . 그러나 하나의 p 궤도는 변경되지 않은 상태로 유지되며 (3 개가 있기 때문에) 상단 이미지에서 주황색 막대로 표시됩니다.
여기에서 세 개의 sp 2 궤도 는 모두 녹색으로 표시되어 주황색 막대와의 차이를 강조합니다. "순수한"p 궤도입니다.
sp 2 혼성화를 갖는 원자 는 정점이 120º 각도로 분리되고 막대에 수직 인 평평한 삼각 바닥 (sp 2 궤도로 그린 삼각형)으로 시각화 할 수 있습니다 .
그리고 순수한 p 궤도는 어떤 역할을합니까? 이중 결합 (=)을 형성하는 것. sp 2 궤도 는 3 개의 σ 결합의 형성을 허용하는 반면, 순수한 p 궤도의 1 개의 π 결합 (이중 또는 삼중 결합은 1 개 또는 2 개의 π 결합을 포함 함).
예를 들어 카르보닐기와 포름 알데히드 분자의 구조 (H 2 C = O) 를 그리려면 다음과 같이 진행하십시오.
C와 O 의 sp 2 궤도 는 σ 결합을 형성하고 순수한 궤도는 π 결합 (주황색 직사각형)을 형성합니다.
나머지 전자 그룹 (H 원자 및 공유되지 않는 전자 쌍)이 120º로 분리 된 다른 sp 2 궤도에 어떻게 위치하는지 알 수 있습니다 .
Sp 혼성화
상단 이미지에는 sp 혼성화가있는 A 원자가 표시되어 있습니다. 여기에서 하나의 s 오비탈과 하나의 p 오비탈이 결합하여 두 개의 축퇴 sp 오비탈을 형성합니다. 그러나 이제 두 개의 순수한 p 오비탈은 변경되지 않고 그대로 유지되어 A가 두 개의 이중 결합 또는 하나의 삼중 결합 (≡)을 형성 할 수 있습니다.
즉, 구조에서 C가 위의 (= C = 또는 C≡C)를 준수하는 경우 하이브리드 화는 sp입니다. 전이 금속과 같이 설명이 덜한 다른 원자의 경우 d 및 through f 궤도도 고려되기 때문에 전자 및 분자 기하학에 대한 설명이 복잡합니다.
하이브리드 궤도는 180º 각도로 분리됩니다. 이러한 이유로 결합 된 원자는 선형 분자 기하학 (BAB)으로 배열됩니다. 마지막으로 아래 이미지에서 시안화물 음이온의 구조를 볼 수 있습니다.
참고 문헌
- 스벤. (2006 년 6 월 3 일). Sp- 궤도. . 2018 년 5 월 24 일, commons.wikimedia.org에서 검색
- 리처드 C. 뱅크스. (2002 년 5 월). 결합 및 혼성화. 2018 년 5 월 24 일 검색 : chemistry.boisestate.edu
- 제임스. (2018). 혼성화 바로 가기. 2018 년 5 월 24 일 검색 : masterorganicchemistry.com
- 이안 헌트 박사. 캘거리 대학교 화학과. sp3 혼성화. 2018 년 5 월 24 일 chem.ucalgary.ca에서 검색 함
- 화학 결합 II : 분자 기하학과 원자 궤도의 혼성화 Chapter 10 .. 2018 년 5 월 24 일에 검색 됨 : wou.edu
- Quimitube. (2015). 공유 결합 : 원자 궤도 혼성화 소개. 2018 년 5 월 24 일 quimitube.com에서 검색
- Shiver & Atkins. (2008). 무기 화학. (제 4 판., P. 51). Mc Graw Hill.