Teoria wiązań walencyjnych i orbitale hybrydowe

Teoria wiązań walencyjnych sugeruje, że wiązanie chemiczne powstaje w wyniku nakładania się częściowo wypełnionych orbitali atomowych, w tym orbitali innych niż sferyczny orbital s.

Kiedy pojedyncze wiązanie tworzy się między dwoma niesferycznymi orbitalami, dwa orbitale będą się na siebie nakładać.

Rodzaj wiązania kowalencyjnego utworzonego przez nakładanie się orbitali atomowych od głowy do głowy nazywa się wiązaniem sigma.

Orbitale s i p nakładające się na siebie w celu utworzenia wiązań kowalencyjnych nie mogą dać różnych kształtów molekularnych w modelu VSEPR. Teoria wiązań walencyjnych pomaga wyjaśnić tę geometrię molekularną poprzez hybrydyzację lub mieszanie orbitali atomowych.

Niektóre orbitale atomowe biorące udział w wiązaniu rekombinują, tworząc nowe orbitale, których kształty są hybrydą oryginałów. Początkowa liczba orbitali atomowych i liczba generowanych orbitali hybrydowych jest zawsze taka sama.

Orbitale hybrydowe mają inny kształt niż ich składowe orbitale atomowe, przy czym jeden płat jest znacznie większy od drugiego. W związku z tym gęstość prawdopodobieństwa elektronów jest silnie skoncentrowana w płacie kierunkowym, co prowadzi do bardziej efektywnego nakładania się orbitali innych atomów. Dla jasności, orbitale te są często pokazywane bez mniejszych płatów.

Na przykład w stanie wzbudzonym węgla orbitale jeden s i trzy p, które zawierają cztery niesparowane elektrony, ulegają hybrydyzacji, dając cztery równoważne orbitale hybrydowe s-p-trzy, które zajmują wierzchołki czworościanu foremnego.

Mieszanie jednego orbitala s i dwóch orbitali p w stanie wzbudzonym węgla generuje trzy równoważne orbitale hybrydowe s-p-dwa o trygonalnej geometrii płaskiej.

Podobnie, hybrydyzacja jednego orbitalu s i jednego p może utworzyć dwa orbitale sp zorientowane pod kątem 180 stopni względem siebie.

Koncepcja hybrydyzacji dostarcza również wyjaśnienia powstawania wiązań wielokrotnych. Boczne zachodzenie na siebie dwóch orbitali p powoduje powstanie wiązania pi.

Jednak wiązanie pi może powstać w wiązaniach podwójnych i potrójnych tylko wtedy, gdy między dwoma atomami istnieje już wiązanie sigma. Ponieważ wiązanie pi znajduje się po przeciwnych stronach osi międzyjądrowej, wiązania pi nie są w stanie obracać się wokół tej osi.