파도 함수로 알려진 수학적 표현, ψ,각 궤도 및 격리 된 원자에서 전자의 파동 특성에 대한 정보를 포함합니다. 원자가 분자에 함께 결합되면 파도 기능이 결합되어 모양이 다른 새로운 수학적 설명을 생성합니다. 원자 궤도의 파 기능을 결합하는 이 과정은 혼성화라고 하며 원자 궤도의 선형 조합에의해 수학적으로 수행됩니다. 그 결과 새로운 궤도를 하이브리드 궤도라고 합니다.
다음 아이디어는 혼성화를 이해하는 데 중요합니다.
다음 섹션에서는 하이브리드 궤도의 일반적인 유형에 대해 논의합니다.
기체 BeCl2 분자의 베릴륨 원자는 3개의 원자의 선형 배열에 있는 전자의 고독한 쌍이 없는 중앙 원자의 예입니다. 두 개의 공유 Be-Cl 결합에 대응하는 BeCl2 분자에 있는 valence 전자 밀도의 2개의 지구가 있습니다. 이 두 전자 도메인을 수용하기 위해 Be 원자의 4개의 원자 궤도 중 두 개가 혼합되어 두 개의 하이브리드 궤도를 생성합니다. 이 혼성화 공정은 직선 형상에서 지향되는 두 개의 동등한 Sp 하이브리드 궤도를 산출하기 위해 원자 p 궤도 중 하나와 원자의 궤도의 혼합을 포함한다. SP 궤도 세트는 원래 p 궤도와 모양이 비슷하게 보이지만 중요한 차이가 있습니다. 결합된 원자 궤도의 수는 항상 형성된 하이브리드 궤도의 수와 같습니다. p 궤도는 최대 2개의 전자를 보유할 수 있는 하나의 궤도입니다. SP 세트는 서로 180°를 가리키는 두 개의 동등한 궤도입니다. 원래 궤도에 있던 두 전자는 이제 반으로 채워진 두 개의 스프 궤도에 분포됩니다. 기체 BeCl2에서,이 반 채워진 하이브리드 궤도는 염소 원자에서 궤도와 겹쳐져 두 개의 동일한 σ 결합을 형성합니다.
원자 궤도가 혼성화되면, 원자 전자는 새로 생성된 궤도를 차지합니다. Be 원자에는 두 개의 원자 전자가 있었기 때문에 각 스프 궤도는 이러한 전자 중 하나를 얻습니다. 이들 전자의 각각은 하이브리드 궤도와 염소 궤도가 Be-Cl 결합의 형성 중에 겹칠 때 염소 원자에 페어링되지 않은 전자와 쌍.
분자에 있는 valence 전자 조밀도의 단지 2개의 지구에 둘러싸인 어떤 중앙 원자든지 sp 혼성화를 전시할 것입니다. 다른 예로는 선형 HgCl2 분자의 수은 원자, 선형 C-Zn-C 배열을 포함하는 Zn(CH3)2의아연 원자, HCCH 및 CO2의 탄소 원자등이 있다.
전자 밀도의 세 가지 영역으로 둘러싸인 중앙 원자의 원자 궤도는 3 개의 Sp2 하이브리드 궤도와 1 개의 비혼화 p 궤도 세트로 구성됩니다. 이 배열은 sp2 혼성화, 1개의 궤도 및 2개의 p 궤도의 혼합으로 인해 삼각 평면 형상에서 지향되는 세 개의 동일한 하이브리드 궤도를 생성합니다.
보란 분자의 관찰된 구조, BH3은,이 화합물에서 붕소에 대한 sp2 혼성화를 시사한다. 분자는 삼각형 평면, 그리고 붕소 원자는 수소 원자에 3 개의 결합에 관여. 3개의 sp2 하이브리드 궤도에서 붕소 원자의 3개의 원자 전자는 재분배되고, B-H 결합이 형성될 때 각 붕소 전자는 수소 전자와 쌍합니다.
전자 밀도의 세 영역으로 둘러싸인 모든 중앙 원자는 Sp2 혼성화를 나타낼 것이다. 여기에는 포름알데히드, CH 2 O 및 에테네, H2CCH2와같이 중앙 원자에 고독한 쌍을 가진 분자, 또는 2개의단일 결합및 중앙 원자에 연결된 이중 결합을 가진 분자를 포함한다.
결합 쌍과 외로운 쌍의 테트라 헤드랄 배열에 둘러싸인 원자의 원자 궤도는 4 sp3 하이브리드 궤도세트로 구성됩니다. 하이브리드는 하나의 궤도와 네 개의 동일한 Sp3 하이브리드 궤도를 생성하는 모든 세 개의 p 궤도의 혼합에서 발생합니다. 이러한 하이브리드 궤도는 각각 테트라헤드론의 다른 구석을 가리킵니다.
메탄의 분자인 CH4는테트라헤드론 의 모서리에 4개의 수소 원자로 둘러싸인 탄소 원자로 구성됩니다. 메탄의 탄소 원자는 Sp3 혼성화를 나타낸다. 탄소 원자의 4개의 원자 전자는 하이브리드 궤도에서 균등하게 분포되고, C-H 결합이 형성될 때 각 탄소 전자는 수소 전자와 쌍을 이룹니다.
메탄 분자에서, 4개의 수소 원자각각의1개의 궤도는 시그마(σ) 결합을 형성하기 위하여 탄소 원자의 4개의 sp3 궤도 중 하나와 겹칩니다. 이는 메탄 분자를 생산하기 위해 탄소 원자와 각각의 수소 원자 사이에 4개의 강력하고 동등한공유 결합의 형성을 초래한다.
SP3 하이브리드 궤도는 또한 전자의 외로운 쌍을 보유할 수 있습니다. 예를 들어, 암모니아의 질소 원자는 3쌍의 본딩 쌍과 테트라헤드론의 네 모서리로 향하는 외로운 전자 쌍으로 둘러싸여 있습니다. 질소 원자는 Sp3이 외로운 쌍에 의해 점유된 하나의 하이브리드 궤도와 혼성화된다.
물의 분자 구조는 두 개의 외로운 쌍과 전자의 두 결합 쌍의 테트라 헤드랄 배열과 일치합니다. 따라서 우리는 산소 원자가 Sp3 혼성화되어 고독한 쌍이 점유하고 쌍에 의해 2 개가 결합된다는 것을 말합니다. 외로운 쌍은 결합 쌍보다 더 많은 공간을 차지하기 때문에, 외로운 쌍을 포함하는 구조는 본드 각도가 약간 이상에서 왜곡되어 있습니다. 완벽한 테트라헤탈 구조는 각도가 109.5°이지만 암모니아(107.3°)와 물(104.5°)의 관찰각도는 약간 작습니다. sp3 혼성화의 다른 예로는 CCl4,PCl 3 및 NCl3이포함됩니다.
이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 8.2에서적응되었습니다 : 하이브리드 원자 궤도 .
