תיאוריית ערכיות הקשר ואורביטלים מוכלאים

תאוריית קשרי הערכיות מציעה כי קשר כימי נוצר באמצעות חפיפה של אורביטלים אטומיים מלאים חלקית, כולל אלה שאינם אורביטל s הכדורי.

כאשר נוצר קשר יחיד בין שני אורביטלים לא כדוריים, לשני האורביטלים תהיה חפיפה ראש בראש.

סוג הקשר הקוולנטי שנוצר על ידי חפיפה ראש בראש של אורביטלים אטומיים נקרא קשר סיגמא.

אורביטלי s ו-p החופפים ליצירת קשרים קוולנטיים אינם יכולים להניב את הצורות המולקולריות השונות במודל VSPR. תאוריית קשרי הערכיות מסייעת להסביר גאומטריה מולקולרית זו באמצעות הכלאה, או ערבוב, של אורביטלים אטומיים.

חלק מהאורביטלים האטומיים המעורבים בקשר מתאחדים מחדש ליצירת אורביטלים חדשים שצורתם היא הכלאה של המקור. המספר הראשוני של אורביטלים אטומיים ומספר האורביטלים ההיברידיים שנוצרו תמיד זהה.

לאורביטלים ההיברידיים יש צורה שונה מהאורביטלים האטומיים המרכיבים אותם, כאשר אונה אחת גדולה משמעותית מהשנייה. לפיכך, צפיפות ההסתברות של האלקטרונים מרוכזת מאוד באונה כיוונית, מה שמוביל לחפיפה יעילה יותר עם אורביטלים של אטומים אחרים. לשם בהירות, אורביטלים אלה מוצגים לעתים קרובות ללא האונות הקטנות.

לדוגמה, במצב מעורר של פחמן, אורביטלי S אחד ושלושה אורביטלי p המכילים את ארבעת האלקטרונים הבלתי מזווגים עוברים הכלאה, ומניבים ארבעה אורביטלים היברידיים מקבילים s-p-three המאכלסים את קודקודי הטטרהדרון הרגיל.

הערבוב של אורביטל s אחד ושני אורביטלי p במצב מעורר של פחמן יוצר שלושה אורביטלים היברידיים מקבילים s-p-two עם גאומטריה מישורית טריגונלית.

באופן דומה, הכלאה של אורביטל s אחד ואורביטל p אחד יכולה ליצור שני אורביטלי sp המכוונים ב -180 מעלות זה לזה.

מושג ההכלאה מספק גם הסבר להיווצרות קשרים מרובים. החפיפה הצידית של שני אורביטלי p יוצרת קשר פאי.

עם זאת, קשר פאי יכול להיווצר רק בקשרים כפולים ומשולשים כאשר כבר קיים קשר סיגמא בין שני אטומים. מכיוון שקשר פאי קיים משני צידיו של הציר הבין-גרעיני, קשרי פאי אינם מסוגלים להסתובב סביב ציר זה.