원자 궤도의 혼성화 I

공유 결합을 형성하기 위해 겹치는 s 및 p 궤도들은 VSEPR 모형에서 다양한 분자 형태를 만들지 못합니다. 원자가 결합 이론은 원자 궤도의 혼성 또는 혼합을 통해 분자의 기하학적 결합 구조를 설명하는데 도움이 됩니다. 결합에 사용되는 일부 원자 궤도들은 재결합하여 형태가 원 궤도의 혼합형인 새로운 궤도를 형성합니다.

초기 원자 궤도 수와 생성되는 혼성 궤도 수는 항상 동일합니다. 플루오린화 베릴륨은 선형 분자입니다. 베릴륨 원자는 바닥 상태에서 2s 궤도상에 두 개의 원자가 전자를 가지고 있습니다.

s 궤도는 비어있는 p 궤도 중 하나와 혼합되어 결합에 사용할 수 있는 홑전자를 포함하는 궤도를 만듭니다. 여기서 혼성되지 않은 두 개의 p 궤도들은 남겨두고 원래의 원자 궤도에 대해 명명된 두 개의 sp 혼성 궤도를 만듭니다. 혼성 궤도들은 원래 성분 원자의 궤도와 다른 형태를 가집니다.

다른 로브보다 현저히 더 큰 하나의 로브를 만들기도 합니다. 따라서 전자 확률 밀도는 방향성 로브에 고도로 집중되어 다른 원자의 궤도와 더 효과적으로 겹치게 됩니다. 명확하게 하기 위해 이러한 궤도는 종종 작은 로브 없이 표시됩니다.

반만 채워진 혼성 궤도들은 불소 원자의 궤도들과 끝에서 끝까지 겹쳐서 시그마 결합이라고도 알려진 두 개의 동일한 공유 결합을 형성합니다. 따라서 플루오린화 베릴륨은 sp 혼성 궤도 특성을 보이고 선형이며 그의 결합 각도는 180도 입니다. 삼각 평면 기하구조를 가진 삼수소화붕소는 sp2 혼성화로 설명할 수 있습니다.

붕소는 하나의 2s와 세 개의 2p 원자가 궤도 및 세 개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 세 개의 궤도, 즉 1s 궤도 1개와 p 궤도 2개를 혼합하여 3개의 sp^2 궤도를 만듭니다. 각각의 궤도는 홑전자 1개를 포함하고 있고, 2p 궤도 1개는 혼성되지 않은 상태로 남아 있습니다.

이 각각의 궤도는 수소 원자의 1s 공전궤도와 겹쳐서 3개의 시그마 결합을 형성합니다. sp^2 혼성화를 가진 분자는 결합 각도가 120도인 삼각 평면 기하 구조를 가지고 있습니다. sp^3 혼성 궤도들은 메탄 분자의 사면체 형태로 형성됩니다.

탄소 원자는 4개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 2s와 3개의 2p 궤도를 혼합하여 각각 1개의 홑전자를 유지할 수 있는 4개의 동등한 sp^3 혼성 궤도를 생성합니다. sp^3 혼성화를 통해 얻어진 혼성 궤도는 수소 원자의 1s 궤도와 겹쳐 사면체 기하