Razlika med molekulsko orbitalno teorijo in teorijo hibridizacije

The ključna razlika med molekularno orbitalno teorijo in teorijo hibridizacije je to molekularna orbitalna teorija opisuje nastanek vezivnih in protibondenčnih orbitalij, medtem ko hibridizacijska teorija opisuje nastanek hibridnih orbitalov.

Za določanje elektronskih in orbitalnih struktur molekul so razvite različne teorije. VSEPR teorija, Lewisova teorija, teorija valenčnih vezi, teorija hibridizacije in molekularna orbitalna teorija so tako pomembne teorije. Najbolj sprejemljiva teorija med njimi je molekularna orbitalna teorija.

VSEBINA

1. Pregled in ključne razlike
2. Kaj je molekularna orbitalna teorija 
3. Kaj je teorija hibridizacije
4. Primerjalna primerjava - Molekularna orbitalna teorija in hibridizacijska teorija
5. Povzetek

Kaj je molekularna orbitalna teorija?

Molekularna orbitalna teorija je tehnika opisovanja elektronske strukture molekul s pomočjo kvantne mehanike. Je najbolj produktiven način razlage kemične vezi v molekulah. Podrobneje razpravljamo o tej teoriji.

Najprej moramo vedeti, kaj so molekularne orbitale. Kemična vez se tvori med dvema atomoma, ko neto privlačna sila med dvema atomskima jedroma in elektroni med njima preseže elektrostatično odbojnost med dvema atomskima jedroma. V bistvu to pomeni, da bi morale biti privlačne sile med dvema atomoma večje od odbojnih sil med tema dvema atomoma. Tu morajo biti elektroni v območju, ki se imenuje "vezavno območje", da tvorijo to kemično vez. V nasprotnem primeru bodo elektroni v "območju, ki se veže", kar bo pomagalo odbijajoči sili med atomi.

Če pa so zahteve izpolnjene in med dvema atomoma nastane kemična vez, potem ustrezne orbitale, ki sodelujejo pri vezanju, imenujemo molekularna orbitala. Tu lahko začnemo z dvema orbitalama dveh atomov in na koncu z eno orbito (molekularno orbitolo), ki pripada obema atomoma.

Po kvantni mehaniki atomske orbite ne morejo videti ali izginiti, kot želimo. Kadar orbitali medsebojno delujejo, ponavadi ustrezno spreminjajo svoje oblike. Toda glede na kvantno mehaniko lahko svobodno spreminjajo obliko, vendar morajo imeti enako število orbital. Potem moramo najti manjkajočo orbito. V tem primeru kombinacija obeh atomskih orbitali v fazi tvori vezno orbito, medtem ko kombinacija zunaj faze tvori orbitalno vezanje.

Slika 01: Molekularni orbitalni diagram

Vezni elektroni zasedajo vezno orbito, medtem ko elektroni v orbiti, ki se vežejo, ne sodelujejo pri tvorbi vezi. Raje ti elektroni aktivno nasprotujejo nastanku kemične vezi. Orbitala vezanja ima nižjo potencialno energijo kot orbitala, ki se veže. Če upoštevamo sigmo vez, je poimenovanje za vezanje orbitala σ, orbitalna vezava pa σ *. To teorijo lahko uporabimo za opis strukture zapletenih molekul, da bi razložili, zakaj nekatere molekule ne obstajajo (tj. On₂) in vrstni red molekul. Tako ta opis na kratko razloži osnove teorije molekularne orbite.

Kaj je teorija hibridizacije?

Teorija hibridizacije je tehnika, ki jo uporabljamo za opis orbitalne strukture molekule. Hibridizacija je tvorba hibridnih orbitalij z mešanjem dveh ali več atomskih orbital. Usmerjenost teh orbital določa geometrijo molekule. Gre za razširitev teorije valenčnih vezi.

Pred nastankom atomske orbitale imajo različne energije, po nastanku pa imajo vse orbite isto energijo. Na primer, atomska orbitala in p atomska orbitala se lahko združita in tvorita dve sp orbitali. Atomske orbitale s in p imajo različne energije (energija 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.

Slika 02: Veza med hibridnimi orbitalami ogljikovega atoma in s orbitalami vodikovih atomov

Ideja o hibridizaciji je najprej stopila v razpravo, ker so znanstveniki opazili, da teorija valenčnih vezi ni pravilno napovedala strukture nekaterih molekul, kot je CH₄. Čeprav ima atom ogljika glede na svojo elektronsko konfiguracijo le dva neparna elektrona, lahko tvori štiri kovalentne vezi. Če želite tvoriti štiri vezi, morajo biti štirje parni elektroni.

Edini način, kako bi lahko pojasnili ta pojav, je bil, da mislijo, da se s in p orbitali ogljikovega atoma med seboj zlivajo, da tvorijo nove orbite, imenovane hibridne orbitale, ki imajo isto energijo. Tukaj en s + tri p daje 4 sp³ orbitale. Zato elektroni te hibridne orbitale enakomerno zapolnjujejo (en elektron na hibridno orbitolo), ob upoštevanju Hundovega pravila. Potem so tu štirje elektroni za tvorbo štirih kovalentnih vezi s štirimi vodikovimi atomi.

Kakšna je razlika med molekulsko orbitalno teorijo in teorijo hibridizacije?

Teorija molekularne orbite je tehnika opisovanja elektronske strukture molekul s pomočjo kvantne mehanike. Teorija hibridizacije je tehnika, ki jo uporabljamo za opis orbitalne strukture molekule. Ključna razlika med teorijo molekularne orbite in teorijo hibridizacije je v tem, da molekularna orbitalna teorija opisuje nastanek veznih in protivezovalnih orbitalij, medtem ko hibridizacijska teorija opisuje nastanek hibridnih orbitalov.

Poleg tega, glede na teorijo molekularne orbitale, nove orbitalne oblike nastanejo zaradi mešanja atomskih orbitali dveh atomov, medtem ko v teoriji hibridizacije nove orbitalne oblike tvorijo mešanje atomske orbitale istega atoma. Zato je to še ena razlika med molekularno orbitalno teorijo in teorijo hibridizacije.

Povzetek - Molekularna orbitalna teorija vs teorija hibridizacije

Tako molekularna orbitalna teorija kot hibridizacijska teorija sta pomembni pri določanju strukture molekule. Ključna razlika med teorijo molekularne orbitale in hibridizacijsko teorijo je, da teorija molekularne orbite opisuje nastanek vezivnih in protivezujočih orbitalij, medtem ko hibridizacijska teorija opisuje nastanek hibridnih orbitalov.

Referenca:

1. "Hibridizacija." Kemija LibreTexts, Libretexts, 5. junij 2019, na voljo tukaj.

Vljudnost slik:

1. "O2MolecularDiagramCR" avtor TCReuter - lastno delo (CC BY-SA 4.0) prek Commons Wikimedia
2. »Ch4 hibridizacija« K. Aainsqatsi z angleške Wikipedije (izvirno besedilo: K. Aainsqatsi) - lastno delo (izvirno besedilo: samo-izdelano) (javna domena) prek Commons Wikimedia