Atomik Orbitallerin Hibridizasyonu I

Dalga fonksiyonu olarak bilinen matematiksel ifade, ψ, her bir yörünge ve izole bir atomdaki elektronların dalga benzeri özellikleri hakkında bilgi içerir. Atomlar bir molekülde birbirine bağlandığında, dalga işlevleri birleşerek farklı şekillere sahip yeni matematiksel açıklamalar üretir. Atomik orbitaller için dalga fonksiyonlarını birleştirme işlemine hibridizasyon denir ve matematiksel olarak atomik orbitallerin doğrusal kombinasyonu ile gerçekleştirilir. Ortaya çıkan yeni orbitallere hibrit orbitaller denir.

Atomik Orbital Hibridizasyonunu Anlamak

Hibridizasyonu anlamak için aşağıdaki fikirler önemlidir:

1. Hibrit orbitaller, izole edilmiş atomlarda mevcut değildir. Yalnızca kovalent bağlı atomlarda oluşurlar.
2. Hibrit orbitaller, izole edilmiş atomlardaki atomik orbitallerden çok farklı şekillere ve yönlere sahiptir.
3. Atomik yörüngelerin birleştirilmesiyle bir dizi hibrit yörünge oluşturulur. Bir setteki hibrit orbitallerin sayısı, seti oluşturmak için birleştirilen atomik orbitallerin sayısına eşittir.
4. Bir hibrit orbital kümesindeki tüm orbitaller şekil ve enerji bakımından eşdeğerdir.
5. Bağlı bir atomda oluşan hibrit orbitallerin türü, VSEPR teorisinin öngördüğü gibi elektron çifti geometrisine bağlıdır.
6. Hibrit orbitaller σ bağları oluşturmak için üst üste biniyor. Hibritlenmemiş orbitaller, π bağları oluşturmak için üst üste biniyor.

Aşağıdaki bölümlerde, yaygın hibrit yörünge türlerini tartışacağız.

sp Hibridizasyonu

Gaz halindeki bir BeCl₂ molekülündeki berilyum atomu, üç atomdan oluşan doğrusal bir düzende tek başına elektron çifti bulunmayan bir merkezi atom örneğidir. BeCl₂ molekülünde iki kovalent Be–Cl bağına karşılık gelen iki değerlik elektron yoğunluğu bölgesi vardır. Bu iki elektron alanını barındırmak için, Be atomunun dört değerlik orbitalinden ikisi, iki hibrit orbital verecek şekilde karışacaktır. Bu hibridizasyon işlemi, doğrusal bir geometride yönlendirilmiş iki eşdeğer sp hibrid yörüngesini elde etmek için valans s orbitalinin valans p orbitallerinden biri ile karıştırılmasını içerir. sp orbital seti, orijinal p orbitaline benzer şekilde görünmektedir, ancak önemli bir fark vardır. Birleştirilen atomik orbitallerin sayısı her zaman oluşan hibrit orbitallerin sayısına eşittir. p orbitali, iki elektrona kadar tutabilen bir orbitaldir. sp kümesi, birbirine 180° olan iki eşdeğer orbitaldir. Başlangıçta s yörüngesinde bulunan iki elektron şimdi yarı dolu olan iki sp yörüngesine dağıtılır. Gaz halindeki BeCl₂‘de, bu yarı dolu hibrit orbitaller, iki özdeş σ bağı oluşturmak için klor atomlarından gelen orbitallerle üst üste gelecektir.

Atomik yörüngeler melezlendiğinde, değerlik elektronları yeni oluşturulan yörüngeleri işgal eder. Be atomunun iki değerlik elektronu vardır, bu nedenle sp orbitallerinin her biri bu elektronlardan birini alır. Bu elektronların her biri, Be–Cl bağlarının oluşumu sırasında bir hibrit orbital ve bir klor orbitali örtüştüğünde, bir klor atomu üzerindeki eşleşmemiş elektronla eşleşir.

Bir molekülde yalnızca iki değerlik elektron yoğunluğu bölgesi ile çevrili herhangi bir merkezi atom, sp hibridizasyonu sergileyecektir. Diğer örnekler arasında doğrusal HgCl₂ molekülündeki cıva atomu, doğrusal bir C-Zn-C düzenlemesi içeren Zn(CH₃)₂‘deki çinko atomu ve HCCH ve CO₂‘daki karbon atomları bulunur.

sp² Hibridizasyonu

Elektron yoğunluğunun üç bölgesiyle çevrili bir merkez atomunun değerlik orbitalleri, üç sp² hibrit orbitali ve bir hibritlenmemiş p orbitalinden oluşur. Bu düzenleme, sp² hibridizasyonundan, bir s orbitalinin ve iki p orbitalinin, trigonal düzlemsel geometride yönlendirilmiş üç özdeş hibrit orbital üretmek için karıştırılmasından kaynaklanmaktadır.

Boran molekülü BH₃‘ün gözlemlenen yapısı, bu bileşikte bor için sp² hibridizasyonunu önermektedir. Molekül, üçgen düzlemseldir ve bor atomu, hidrojen atomlarına üç bağda yer alır. Üç sp² hibrit orbitalindeki bor atomunun üç değerlik elektronu yeniden dağıtılır ve her bir bor elektronu, B–H bağları oluştuğunda bir hidrojen elektronuyla eşleşir.

Elektron yoğunluğunun üç bölgesiyle çevrili herhangi bir merkezi atom, sp² hibridizasyonu gösterecektir. Bu, merkezi atom üzerinde ClNO gibi yalnız bir çifti olan molekülleri veya formaldehit, CH₂O ve eten, H₂CCH₂‘de olduğu gibi iki tek bağa ve merkez atoma bağlı bir çift bağa sahip molekülleri içerir.

sp³ Hibridizasyonu

Bağ çiftlerinden ve yalnız çiftlerden oluşan dört yüzlü bir düzenleme ile çevrili bir atomun değerlik orbitalleri, dört sp³ hibrit orbital setinden oluşur. Hibritler, bir s orbitalinin ve dört özdeş sp³ hibrit orbital üreten üç p orbitalinin karıştırılmasından kaynaklanır. Bu hibrit yörüngelerin her biri, bir tetrahedronun farklı bir köşesine işaret ediyor.

Bir metan molekülü, CH₄, bir tetrahedronun köşelerinde dört hidrojen atomuyla çevrili bir karbon atomundan oluşur. Metan içindeki karbon atomu, sp³ hibridizasyonu sergiler. Karbon atomunun dört değerlik elektronu, hibrit yörüngelerde eşit olarak dağıtılır ve her karbon elektronu, C–H bağları oluştuğunda bir hidrojen elektronu ile eşleşir.

Bir metan molekülünde, dört hidrojen atomunun her birinin 1s yörüngesi, bir sigma (σ) bağı oluşturmak için karbon atomunun dört sp³ yörüngesinden biriyle çakışır. Bu, metan molekülü CH₄‘ü üretmek için karbon atomu ile hidrojen atomlarının her biri arasında dört güçlü, eşdeğer kovalent bağ oluşumuyla sonuçlanır.

Bir sp³ hibrit yörünge, aynı zamanda yalnız bir çift elektron tutabilir. Örneğin, amonyaktaki nitrojen atomu, üç bağ çifti ve bir tetrahedronun dört köşesine yönlendirilmiş bir çift elektronla çevrilidir. Azot atomu, yalnız çift tarafından işgal edilen bir hibrit yörünge ile sp³ hibridize edilmiştir.

Suyun moleküler yapısı, iki yalın çiftin ve iki bağ elektron çiftinin dörtyüzlü bir düzenlemesiyle tutarlıdır. Bu nedenle, oksijen atomunun sp³ hibridize olduğunu söylüyoruz, hibrit orbitallerden ikisi yalnız çiftler ve ikisi bağ çiftleri tarafından işgal ediliyor. Yalnız çiftler bağ çiftlerine göre daha fazla yer kapladığından, yalnız çiftler içeren yapıların bağ açıları idealden hafifçe bozulmuştur. Mükemmel dört yüzlü yapıların açıları 109,5°’dir, ancak amonyak (107,3°) ve sudaki (104,5°) gözlenen açılar biraz daha küçüktür. Diğer sp³ hibridizasyon örnekleri arasında CCl₄, PCl₃ ve NCl₃ bulunur.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 8.2: Hybrid Atomic Orbitals.