Concetto di ibridazione del carbonio, tipi e loro caratteristiche

IL ibridazione del carbonio Implica la combinazione di due orbitali atomici puri per formare un nuovo orbitale molecolare "ibrido" con le proprie caratteristiche. La nozione di orbitale atomico fornisce una spiegazione migliore rispetto al precedente concetto di orbita, per stabilire un'approssimazione di dove è più probabile trovare un elettrone all'interno di un atomo.

In altre parole, un orbitale atomico è la rappresentazione della meccanica quantistica per dare un'idea della posizione di un elettrone o una coppia di elettroni in una determinata area all'interno dell'atomo, in cui ciascun orbitale è definito in base ai valori del suo Numeri Quantum.

I numeri quantici descrivono lo stato di un sistema (come l'elettrone all'interno dell'atomo) in un determinato momento, attraverso l'energia appartenente all'elettrone (N), il momento angolare che descrive nel suo movimento (L), il momento magnetico correlato (M) e la svolta di elettroni mentre si muove all'interno degli atomi (i).

Questi parametri sono unici per ogni elettrone in un orbitale, quindi due elettroni non possono avere esattamente gli stessi valori dei quattro numeri quantici e ciascuno orbitale può essere occupato da due elettroni nella maggior parte degli elettroni.

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Cos'è l'ibridazione del carbonio?

Per descrivere l'ibridazione del carbonio, si dovrebbe prendere in considerazione che le caratteristiche di ciascun orbitale (la sua forma, energia, dimensioni, ecc.) dipende dalla configurazione elettronica che ogni atomo ha.

Cioè, le caratteristiche di ciascun orbitale dipendono dalla disposizione degli elettroni in ciascun "strato" o livello: dal più vicino al nucleo al più esterno, noto anche come strato di Valencia.

Gli elettroni di livello più esterno sono gli unici disponibili per formare un collegamento. Pertanto, quando si forma un legame chimico tra due atomi, viene generata la sovrapposizione o la sovrapposizione di due orbitali (uno di ogni atomo) e questo è strettamente correlato alla geometria delle molecole.

Come indicato sopra, ogni orbitale può essere riempito con un massimo di due elettroni ma il principio di Aufbau deve campionare di seguito:

In questo modo, il primo livello 1 viene riempitoS, Poi 2S, seguito da 2P E così via, a seconda di quanti elettroni ha l'atomo o lo ione.

Pertanto, l'ibridazione è un fenomeno corrispondente alle molecole, poiché ogni atomo può solo contribuire a puro orbitali atomici (S, P, D, F) e, a causa della combinazione di due o più orbitali atomici, è formata la stessa quantità di orbitali ibridi che consentono i collegamenti tra elementi.

Tipi di ibridazione

Gli orbitali atomici hanno forme e orientamenti spaziali diversi, aumentando in complessità, come mostrato di seguito:

Si osserva che esiste solo un tipo di orbitale S (forma sferica), tre tipi di orbitale P (forma lobulare, dove ogni lobo è orientato su un asse spaziale), cinque tipi di orbitale D e sette tipi di orbitali F, dove ogni tipo di orbitale ha esattamente la stessa energia di quella della sua classe.

L'atomo di carbonio nel suo stato fondamentale ha sei elettroni, la cui configurazione è 1S²2S²2P^2. Cioè, dovrebbero occupare il livello 1S (due elettroni), i 2S (due elettroni) e in parte il 2p (i restanti due elettroni) secondo il principio di Aufbau.

Ciò significa che l'atomo di carbonio ha solo due elettroni mancanti nell'orbitale 2P, Ma non è possibile spiegare la formazione o la geometria della molecola di metano (CH₄) o altri più complessi.

Quindi per formare questi collegamenti, è necessaria l'ibridazione degli orbitali S E P (Nel caso del carbonio), per generare nuovi orbitali ibridi che spiegano persino legami doppi e tripli, in cui gli elettroni acquisiscono la configurazione più stabile per la formazione di molecole.

Sp³

L'ibridazione sp³ È costituito dalla formazione di quattro orbitali "ibridi" dagli orbitali 2s, 2p_X, 2 p_E e 2p_z Puro.

Pertanto, esiste il rialzo di elettroni al livello 2, dove sono disponibili quattro elettroni per la formazione di quattro legami e sono ordinati in parallelo per avere meno energia (maggiore stabilità).

Un esempio è la molecola di etilene (c₂H₄), i cui collegamenti formano angoli di 120 ° tra gli atomi e forniscono una geometria trigonale piatta.

In questo caso, vengono generati semplici collegamenti C-H e C-C (a causa degli orbitali sp²) e un doppio legame C-C (a causa dell'orbitale P), Per formare la molecola più stabile.

Sp²

Attraverso l'ibridazione SP² Tre orbitali "ibridi" sono generati da Pure 2S Orbital. Inoltre, si ottiene un orbitale P puro che partecipa alla formazione di un doppio legame (chiamato pi: "π").

Un esempio è la molecola di etilene (c₂H₄), i cui collegamenti formano angoli di 120 ° tra gli atomi e forniscono una geometria trigonale piatta. In questo caso, vengono generati semplici collegamenti C-H e C-C (a causa degli orbitali SP²) e un doppio legame C-C (a causa di P), per formare la molecola più stabile.

Sp

Attraverso l'ibridazione SP due orbitali "ibridi" sono stabiliti da Pure 2S Orbital Orbital. In questo modo formano due orbitali puri che partecipano alla formazione di un triplo collegamento.

Per questo tipo di ibridazione, la molecola di acetilene (C₂H₂), i cui collegamenti formano angoli di 180 ° tra gli atomi e forniscono una geometria lineare.

Per questa struttura ci sono semplici collegamenti C-H e C-C (a causa di Orbitali SP) e un triplo collegamento C-C (ovvero due legami PI dovuti agli orbitali P), per ottenere la configurazione con una repulsione meno elettronica.

Riferimenti

1. Ibridazione orbitale. Recuperato da.Wikipedia.org
2. Fox, m. A., E Whitsell, J. K. (2004). Chimica organica. Recuperato dai libri.Google.co.andare
3. Carey, f. A., e Sundberg, R. J. (2000). Chimica organica avanzata: Parte A: Struttura e meccanismi. Recuperato dai libri.Google.co.andare
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5. Mathur, r. B.; Singh, b. P., E panda, s. (2016). Nanomateriali di carbonio: sintesi, struttura, proprietà e applicazioni. Recuperato dai libri.Google.co.andare