Różnica między teorią molekularną a teorią hybrydyzacji

The kluczowa różnica między teorią orbity molekularnej a teorią hybrydyzacji jest właśnie to teoria orbital molekularna opisuje tworzenie orbitali wiążących i przeciwdziałających, natomiast teoria hybrydyzacji opisuje tworzenie orbitali hybrydowych.

Istnieją różne teorie opracowane w celu określenia struktur elektronicznych i orbitalnych cząsteczek. Teoria VSEPR, teoria Lewisa, teoria wiązań walencyjnych, teoria hybrydyzacji i teoria orbitali molekularnych są tak ważnymi teoriami. Najbardziej akceptowalną teorią wśród nich jest teoria molekularnej orbity.

ZAWARTOŚĆ

1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest teoria orbitali molekularnych 
3. Co to jest teoria hybrydyzacji
4. Porównanie obok siebie - teoria orbitali molekularnych a teoria hybrydyzacji
5. Podsumowanie

Co to jest teoria orbitali molekularnych?

Teoria orbit molekularnych to technika opisu struktury elektronicznej cząsteczek przy użyciu mechaniki kwantowej. Jest to najbardziej produktywny sposób wyjaśniania wiązania chemicznego w cząsteczkach. Omówmy szczegółowo tę teorię.

Po pierwsze, musimy wiedzieć, czym są orbitale molekularne. Wiązanie chemiczne powstaje między dwoma atomami, gdy siła przyciągania netto między dwoma jądrami atomowymi i elektronami pomiędzy nimi przekracza odpychanie elektrostatyczne między dwoma jądrami. Zasadniczo oznacza to, że siły przyciągające między dwoma atomami powinny być wyższe niż siły odpychające między tymi dwoma atomami. Tutaj elektrony muszą istnieć w regionie zwanym „regionem wiążącym”, aby utworzyć to wiązanie chemiczne. Jeśli nie, elektrony znajdą się w „regionie wiążącym”, co pomoże w odpychającej sile między atomami.

Jeśli jednak wymagania zostaną spełnione, a wiązanie chemiczne powstanie między dwoma atomami, wówczas odpowiednie orbitale zaangażowane w wiązanie są nazywane orbitali molekularnych. Tutaj możemy zacząć od dwóch orbitali dwóch atomów i skończyć na jednym orbicie (orbicie molekularnej), która należy do obu atomów.

Zgodnie z mechaniką kwantową orbitale atomowe nie mogą pojawiać się ani znikać, jak chcemy. Kiedy orbitale oddziałują na siebie, mają tendencję do zmiany swoich kształtów. Ale zgodnie z mechaniką kwantową mogą dowolnie zmieniać kształt, ale muszą mieć tę samą liczbę orbitali. Następnie musimy znaleźć brakujący orbital. Tutaj kombinacja dwóch faz orbitali atomowych tworzy orbitę wiążącą, podczas gdy kombinacja poza fazą tworzy orbitę przeciwdziałającą.

Ryc. 01: Schemat molekularny

Elektrony wiążące zajmują orbitę wiążącą, podczas gdy elektrony na orbicie anty-wiążącym nie uczestniczą w tworzeniu wiązania. Raczej te elektrony aktywnie przeciwstawiają się tworzeniu wiązania chemicznego. Orbital łączący ma niższą energię potencjalną niż orbital przeciw wiązaniu. Jeśli weźmiemy pod uwagę wiązanie sigma, denotacją dla wiązania orbity jest σ, a orbitalem anty-wiązania jest σ *. Możemy użyć tej teorii do opisania struktury skomplikowanych cząsteczek, aby wyjaśnić, dlaczego niektóre cząsteczki nie istnieją (np. He₂₎) i porządek wiązania cząsteczek. Tak więc ten opis krótko wyjaśnia podstawy teorii molekularnej.

Co to jest teoria hybrydyzacji?

Teoria hybrydyzacji to technika, której używamy do opisania struktury orbitalnej cząsteczki. Hybrydyzacja to tworzenie hybrydowych orbitali przez zmieszanie dwóch lub więcej atomowych orbitali. Orientacja tych orbitali determinuje geometrię cząsteczki. Jest to rozwinięcie teorii wiązań walencyjnych.

Przed uformowaniem się orbitali atomowych mają one różne energie, ale po uformowaniu wszystkie orbitale mają tę samą energię. Na przykład, s atomowa orbital i p atomowa orbital mogą łączyć się, tworząc dwie orbitale sp. Orbitale atomowe s i p mają różne energie (energia s < energy of p). But after the hybridization, it forms two sp orbitals which have the same energy, and this energy lies between the energies of individual s and p atomic orbital energies. Moreover, this sp hybrid orbital has 50% s orbital characteristics and 50% p orbital characteristics.

Rysunek 02: Wiązanie między hybrydowymi orbitałami atomu węgla i s orbitałami atomów wodoru

Pomysł hybrydyzacji po raz pierwszy wszedł do dyskusji, ponieważ naukowcy zauważyli, że teoria wiązań walencyjnych nie mogła poprawnie przewidzieć struktury niektórych cząsteczek, takich jak CH₄. Tutaj, chociaż atom węgla ma tylko dwa niesparowane elektrony zgodnie ze swoją konfiguracją elektronową, może tworzyć cztery wiązania kowalencyjne. Aby utworzyć cztery wiązania, muszą istnieć cztery niesparowane elektrony.

Jedynym sposobem, w jaki mogliby wyjaśnić to zjawisko, było myślenie, że orbitale s i p atomu węgla łączą się ze sobą, tworząc nowe orbitale zwane orbitali hybrydowych o tej samej energii. Tutaj jeden s + trzy p daje 4 sp³⁾ orbitale. Dlatego elektrony wypełniają te orbitale hybrydowe równomiernie (jeden elektron na orbitę hybrydową), przestrzegając zasady Hunda. Następnie są cztery elektrony do utworzenia czterech wiązań kowalencyjnych z czterema atomami wodoru.

Jaka jest różnica między teorią orbity molekularnej a teorią hybrydyzacji?

Teoria orbit molekularnych jest techniką opisywania struktury elektronowej cząsteczek za pomocą mechaniki kwantowej. Teoria hybrydyzacji to technika, której używamy do opisania struktury orbitalnej cząsteczki. Tak więc kluczową różnicą między teorią orbity molekularnej a teorią hybrydyzacji jest to, że teoria orbity molekularnej opisuje tworzenie orbitali wiążących i przeciwdziałających wiązaniu, podczas gdy teoria hybrydyzacji opisuje tworzenie orbitali hybrydowych.

Ponadto, zgodnie z teorią orbity molekularnej, nowe orbity tworzą się z mieszania orbitali atomowych dwóch atomów, natomiast w teorii hybrydyzacji nowe formy orbitują z mieszania orbitali atomowych tego samego atomu. Dlatego jest to kolejna różnica między teorią orbity molekularnej a teorią hybrydyzacji.

Podsumowanie - Teoria orbitali molekularnych a teoria hybrydyzacji

Zarówno teoria orbity molekularnej, jak i teoria hybrydyzacji są ważne przy określaniu struktury cząsteczki. Kluczowa różnica między teorią orbitalu molekularnego a teorią hybrydyzacji polega na tym, że teoria orbity molekularnej opisuje tworzenie orbitali wiążących i antyspajających, natomiast teoria hybrydyzacji opisuje tworzenie orbitali hybrydowych.

Odniesienie:

1. „Hybrydyzacja” Chemia LibreTexts, Libretexts, 5 czerwca 2019 r., Dostępne tutaj.

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. „O2MolecularDiagramCR” Autor: TCReuter - Praca własna (CC BY-SA 4.0) przez Commons Wikimedia
2. „Hybrydyzacja Ch4” Autor: K. Aainsqatsi z angielskiej Wikipedii (Tekst oryginalny: K. Aainsqatsi) - Praca własna (Tekst oryginalny: własna produkcja) (Domena publiczna) za pośrednictwem Commons Wikimedia