„Hibridizáció” változatai közötti eltérés
| [nem ellenőrzött változat] | [nem ellenőrzött változat] |
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
az angol cikk fordításának elkezdése |
további fordítás |
||
1. sor:
[[Kép:Sp3-Orbital.svg|thumb|150px|Négy ''sp''<sup>3</sup> pálya.]]
[[Kép:Sp2-Orbital.svg|thumb|150px|Három ''sp''<sup>2</sup> pálya.]]
A [[kémia|kémiában]] a hibridizáció a kémiai kötés leírására szolgáló egyik elmélet, a vegyértékkkötés-elmélet módszere: az atomi pályák keverésével olyan új hibridpályákat hoz létre, melyek alkalmasak az atomok közötti kötés jellemzőinek leírására. A hibridpáyák jól használhatók a [[molekulapálya|molekulapályák]] alakjának magyarázására.
A hibridizáció elméletét [[Linus Pauling]] vezette be<ref>L. Pauling, [[J. Am. Chem. Soc.]] 53 (1931), 1367</ref>, hogy megmagyarázza az olyan molekulák szerkezetét, mint például a [[metán]] (CH<sub>4</sub>). Ezt az eljárást eredetileg csak az ilyen egyszerű kémiai rendszerekre fejlesztették ki, de később szélesebb körben is alkalmazni kezdték, és ma a szerves vegyületek szerkezetének leírásában hatékony heurisztikának tekintik.
A hibridizációs elmélet kvantitatív számításokra nem annyira alkalmas, mint a molekulapálya-elmélet. Különösen a ''d'' pályák bevonása esetén – például a koordinációs kémia és a [[fémorganikus kémia]] területén – lépnek fel nehézségek. Bár a hibridizációs sémák használhatók az [[átmenetifémek]] kémiájában, ezek általában nem olyan pontosak.
Fontos megjegyezni, hogy a pályák az
A hibridizációs elmélet fő felhasználási területe a [[szerves kémia]], azon belül is leginkább a szén, nitrogén és oxigén (kisebb mértékben a foszfor és a kén) atomokra vonatkozóan alkalmazzák. A hibridizáció magyarázata a [[metán]] kötéseinek leírásával kezdődik.
==''sp''<sup>3</sup> hibridek==
A
<math>C\quad
24 ⟶ 22 sor:
</math>
A vegyértékkötés-elmélet azt jósolná – a két félig betöltött ''p''-típusú pálya létezése miatt (a ''p''<sub>''x''</sub> ''p''<sub>''y''</sub> vagy ''p''<sub>''z''</sub> jelöléseknek most nincs jelentősége, mivel nincs semmilyen meghatározott betöltődési sorrendjük), hogy a szén két [[kovalens
Az alapállapotú pályák nem tudnak részt venni a CH<sub>4</sub> kötéseiben. Bár a 2''s'' elektronok 2''p'' szintre történő gerjesztése elméletileg lehetővé teszi négy kötés létrehozását, ez azonban azzal járna, hogy a CH<sub>4</sub> különböző kötéseinek energiája eltérne a pályák eltérő átfedése miatt. Ezt azonban a kísérleti eredmények nem igazolják: a szénatomról bármely hidrogén egyformán könnyen távolítható el.
Összefoglalásként megállapítható, hogy a CH<sub>4</sub> (és sok más molekula) létezésének magyarázatára olyan módszer szükséges, amellyel ([[átmenetifémek]] esetén) akár 12 egyforma erősségű (és így azonos hosszúságú) kötés is létrehozható.
A hibridizáció első lépése egy (vagy több) elektron gerjesztése ([[promóció]]). A metán szénatomján bemutatva:
<math>
41 ⟶ 39 sor:
</math>
A hidrogén magját jelentő [[proton]] vonzó hatást fejt ki a szén egyik kisebb energiájú vegyértékelektronjára. Ez a gerjesztő hatás az egyik 2s elektront a 2p pályára mozdítja. Ez azonban
Ezeknek az erőknek a kombinációja új matematikai függvényeket hoz létre: ezek a hibrid pályák. A szénatom esetén, amely négy hidrogénnel alakítana ki kötést, négy pálya szükséges. A 2''s'' pálya (az atomtörzs elektronjai szinte soha nem vesznek részt a kötésben) tehát „keveredik” a három 2''p'' pályával, így négy '''''sp''<sup>3</sup> hibrid''' keletkezik (ejtsd: ''es-pé-három'').
59 ⟶ 57 sor:
[[Image:Ch4 hybridization.svg|A hidrogén ''s'' pályáinak és a hibrid pályák átfedésének sematikus megjelenítése]] átalakul: [[Image:Ch4-structure.png|A metán tetraéderes alakja]]
Egy alternatív nézet: Tekintsük a szenet C<sup>4−</sup> anionnak. Ebben az esetben a szén minden atomi pályája be van
<math>
70 ⟶ 68 sor:
</math>
Ha most ezeket a pályákat a 4 hidrogén (4 proton, H<sup>+</sup>) üres ''s''-pályáival kombináljuk, és megengedjük a 4 hidrogén maximális térbeli elkülönülését (azaz a szénatom körüli tetraéderes elrendeződést), akkor azt látjuk, hogy a ''p''-pályák
A hibridizció elmélete alapján a metánban a vegyértékelektronok energiájának azonosnak kell lennie, de a fotoelektron-spektrumban<ref>[http://www.tulane.edu/~inorg/PDF%20Files/Symmetry%20and%20Molecular%20Orbitals/Symmetry%20and%20Molecular%20Orbitals.pdf#search=%22MO%20diagram%22 photo electron spectrum of methane 1] [http://www.pes.arizona.edu/facility/PESdatabase/methane1.jpg photo electron spectrum of methane 2]</ref> két sáv található, az egyik 12,7 [[eV]] energiánál (egy elektronpár), és a másik 23 eV-nál (három elektronpár). Ez a nyilvánvaló ellentmondás feloldható, ha feltételezzük, hogy az ''sp''<sup>3</sup> pályák és a 4 hidrogén pályájának keveredésekor további pályakeveredés is fellép.
==''sp''<sup>2</sup> hibridek==
97 ⟶ 95 sor:
==''sp'' hibridek==
Az [[alkin]]
<math>
108 ⟶ 106 sor:
</math>
Ebben a modellben a 2''s'' pálya a három közül csak egy ''p''-pályával
==Hibridizáció és a molekula alakja==
117 ⟶ 115 sor:
* AX<sub>2</sub> (pl. BeCl<sub>2</sub>): ''sp'' hibridizáció; lineáris vagy '''diagonális''' alak, a kötésszög cos<sup>−1</sup>(−1) = 180°
** AX<sub>2</sub>E (pl. GeF<sub>2</sub>): hajlított/V-alak, < 120°
* AX<sub>3</sub> (pl. BCl<sub>3</sub>): ''sp''<sup>2</sup>
** AX<sub>3</sub>E (pl. NH<sub>3</sub>): trigonális piramis, 107°
* AX<sub>4</sub> (pl. CCl<sub>4</sub>): ''sp''<sup>3</sup> hibridizáció; tetraáder alak, a kötésszög cos<sup>−1</sup>(−1/3) ≈ 109,5°
123 ⟶ 121 sor:
* AX<sub>6</sub> (pl. SF<sub>6</sub>): ''sp''<sup>3</sup>''d''<sup>2</sup> hibridizáció, oktaéderes (vagy négyzetes bipiramisos) alak
Ezek akkor igazak, ha a központi atomnak nincsenek nemkötő elektronpárjai. Ha vannak, akkor azokat bele kell számolni
{{leford}}▼
▲In general, for an atom with s and p orbitals forming hybrids h<sub>i</sub> and h<sub>j</sub> with included angle <math>\theta</math>, the following holds: 1 + <math>\lambda</math><sub>i</sub><math>\lambda</math><sub>j</sub> cos(<math>\theta</math>) = 0. The p-to-s ratio for hybrid i is <math>\lambda</math><sub>i</sub><sup>2</sup>, and for hybrid j it is <math>\lambda</math><sub>j</sub><sup>2</sup>. In the special case of equivalent hybrids on the same atom, again with included angle <math>\theta</math>, the equation reduces to just 1 + <math>\lambda</math><sup>2</sup> cos(<math>\theta</math>) = 0. For example, BH<sub>3</sub> has a trigonal planar geometry, three 120<sup>o</sup> bond angles, three equivalent hybrids about the boron atom, and thus 1 + <math>\lambda</math><sup>2</sup> cos(<math>\theta</math>) = 0 becomes 1 + <math>\lambda</math><sup>2</sup> cos(120<sup>o</sup>) = 0, giving <math>\lambda</math><sup>2</sup> = 2 for the p-to-s ratio. In other words, sp<sup>2</sup> hybrids, just as expected from the list above.
===Controversy regarding d-orbital participation===
A pályák méretét (és energiáját) befolyásoló tényezők alaposabb vizsgálata azonban további szempontokat tár fel. Az egyik ilyen tényező a központi atom formális töltése. Nyilvánvaló, hogy a PCl<sub>5</sub> molekulában a foszfor atomnak elég nagy parciális pozitív töltése van. Ennek következtében a 3d pályák mérete olyan mértékben csökken, ami már elképzelhetővé teszi az s- és p-pályákkal történő hibridizációt. Figyeljük meg azokat az eseteket, amelyekben a d-pályák hibridpályákban való részvételét feltételezik: SF<sub>6</sub>([[kén-hexafluorid]]), IF<sub>7</sub>, XeF<sub>6</sub>; mindegyik molekulában a központi atomot nagy [[elektronegativitás]]ú [[fluor]] atomok veszik körül, ami valószínűvé teszi az s-, p- és d-pályák hibridizációját. További vizsgálatok alapján az is ismert, hogy a pályák mérete függ a rajta elhelyezkedő elektronok számától is. A d-pályák elektronjainak párosodása is, bár kisebb mértékben, de csökkenti a pályák méretét.
A molekulapálya-elmélet ugyanakkor sokkal tisztább képet ad ezen molekulák kötésrendszeréről.
▲{{leford}}
==Hybridisation theory vs. MO theory==
| |||