The hibridisasi kimia adalah "campuran" dari orbital atom, yang konsep diperkenalkan oleh kimiawan Linus Pauling pada tahun 1931 untuk menutupi ketidaksempurnaan dari teori ikatan valensi (TEV). Ketidaksempurnaan apa? Ini adalah: geometri molekul dan panjang ikatan yang setara dalam molekul seperti metana (CH 4 ).
Menurut TEV, dalam metana orbital atom C membentuk empat ikatan σ dengan empat atom H. Orbital 2p, dengan bentuk bentuk (gambar bawah) C tegak lurus satu sama lain, sehingga H harus sedikit dari orang lain pada sudut 90º.
Selain itu, orbital 2s (sferis) dari C berikatan dengan orbital 1s H pada sudut 135º terhadap tiga H. lainnya. Namun, secara eksperimental telah ditemukan bahwa sudut di CH 4 adalah 109,5º dan itu Selanjutnya, panjang ikatan C - H adalah ekivalen.
Untuk menjelaskan hal ini, kombinasi orbital atom asli harus dipertimbangkan untuk membentuk empat orbital hibrid yang berdegenerasi (dengan energi yang sama). Di sini hibridisasi kimia berperan. Seperti apa orbital hibrida itu? Itu tergantung pada orbital atom yang menghasilkannya. Juga, mereka menunjukkan campuran karakteristik elektroniknya.
Hibridisasi sp
Untuk kasus CH 4 , hibridisasi C adalah sp 3 . Dari pendekatan ini, geometri molekul dijelaskan dengan empat orbital sp 3 yang dipisahkan pada 109,5º dan mengarah ke simpul tetrahedron.
Pada gambar di atas, Anda dapat melihat bagaimana orbital sp 3 (hijau) membentuk lingkungan elektronik tetrahedral di sekitar atom (A, yaitu C untuk CH 4 ).
Mengapa 109,5º dan bukan sudut lain, untuk "menggambar" geometri yang berbeda? Alasannya karena sudut ini meminimalkan tolakan elektronik dari empat atom yang berikatan dengan A.
Jadi, molekul CH 4 dapat direpresentasikan sebagai tetrahedron (geometri molekul tetrahedral).
Jika, alih-alih H, C membentuk ikatan dengan kelompok atom lain, apa yang kemudian menjadi hibridisasi mereka? Selama karbon membentuk empat ikatan σ (C - A), hibridisasinya akan menjadi sp 3 .
Akibatnya dapat diasumsikan bahwa dalam senyawa organik lain seperti CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (sikloheksana), dll., Karbon memiliki hibridisasi sp 3 .
Ini penting untuk membuat sketsa struktur organik, di mana karbon terikat tunggal mewakili titik divergensi; artinya, struktur tidak berada dalam satu bidang.
Penafsiran
Apa interpretasi paling sederhana untuk orbital hibrid ini tanpa membahas aspek matematika (fungsi gelombang)? Orbital sp 3 menyiratkan bahwa mereka berasal dari empat orbital: satu s dan tiga p.
Karena kombinasi orbital atom ini diasumsikan ideal, empat orbital sp 3 yang dihasilkan identik dan menempati orientasi berbeda di ruang angkasa (seperti pada orbital p x , p, dan p z ).
Hal di atas berlaku untuk sisa hibridisasi yang mungkin: jumlah orbital hibrid yang terbentuk sama dengan jumlah orbital atom yang digabungkan. Misalnya, orbital hibrid sp 3 d 2 dibentuk dari enam orbital atom: satu s, tiga p dan dua d.
Penyimpangan sudut ikatan
Menurut Teori Repulsi Pasangan Elektronik Shell Valencia (RPECV), sepasang elektron bebas menempati volume lebih dari atom terikat. Ini menyebabkan tautan bergerak menjauh, mengurangi voltase elektronik dan menyimpang dari sudut 109,5º:
Misalnya, dalam molekul air, atom H terikat ke orbital sp 3 (berwarna hijau), dan juga pasangan elektron yang tidak dibagi ":" menempati orbital ini.
Tolakan pasangan elektron ini biasanya direpresentasikan sebagai "dua bola mata", yang karena volumenya, menolak dua ikatan σ O - H.
Jadi, dalam air sudut ikatan sebenarnya 105º, bukan 109,5º yang diharapkan untuk geometri tetrahedral.
Lalu geometri apa yang dimiliki H 2 O? Ini memiliki geometri sudut. Mengapa? Karena meskipun geometri elektronik adalah tetrahedral, dua pasang elektron yang tidak terbagi mendistorsi geometri molekul menjadi sudut.
Hibridisasi sp
Ketika sebuah atom menggabungkan dua orbital p dan satu s, ia menghasilkan tiga orbital hibrid sp 2 ; namun, satu orbital p tetap tidak berubah (karena ada tiga), yang direpresentasikan sebagai batang oranye pada gambar atas.
Di sini, ketiga orbital sp 2 diberi warna hijau untuk menyorot perbedaannya dari batang jingga: orbital p "murni".
Sebuah atom dengan hibridisasi sp 2 dapat divisualisasikan sebagai lantai trigonal datar (segitiga yang digambar dengan orbital sp 2 berwarna hijau), dengan simpulnya dipisahkan oleh sudut 120º dan tegak lurus dengan sebuah batang.
Dan apa peran yang dimainkan orbital p murni? Yaitu membentuk ikatan rangkap (=). Orbital sp 2 memungkinkan pembentukan tiga ikatan σ, sedangkan orbital p murni satu ikatan π (ikatan rangkap atau rangkap tiga melibatkan satu atau dua ikatan π).
Misalnya, untuk menggambar gugus karbonil dan struktur molekul formaldehida (H 2 C = O), lakukan sebagai berikut:
Orbital sp 2 dari C dan O membentuk ikatan σ, sedangkan orbital murninya membentuk ikatan π (persegi panjang oranye).
Dapat dilihat bagaimana gugus elektron lainnya (atom H dan pasangan elektron yang tidak berbagi) terletak di orbital sp 2 lainnya , dipisahkan oleh 120º.
Hibridisasi sp
Pada gambar atas sebuah atom A dengan hibridisasi sp diilustrasikan. Di sini, satu orbital s dan satu orbital p bergabung membentuk dua orbital sp yang mengalami degenerasi. Namun, sekarang dua orbital p murni tetap tidak berubah, yang memungkinkan A membentuk dua ikatan rangkap atau satu ikatan rangkap tiga (≡).
Dengan kata lain: jika dalam suatu struktur a C memenuhi ketentuan di atas (= C = atau C≡C), maka hibridisasinya adalah sp. Untuk atom lain yang kurang ilustratif - seperti logam transisi - uraian geometri elektron dan molekul rumit karena orbital d dan melalui f juga dipertimbangkan.
Orbital hibrid dipisahkan pada sudut 180º. Untuk alasan ini atom terikat disusun dalam geometri molekul linier (BAB). Terakhir, pada gambar di bawah struktur anion sianida dapat dilihat:
Referensi
- Sven. (3 Juni 2006). Sp-Orbitals. . Diperoleh pada 24 Mei 2018, dari: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Mei 2002). Ikatan dan Hibridisasi. Diperoleh pada 24 Mei 2018, dari: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). Pintasan Hibridisasi. Diperoleh pada 24 Mei 2018, dari: masterorganicchemistry.com
- Dr Ian Hunt. Departemen Kimia, Universitas Calgary. hibridisasi sp3. Diperoleh pada 24 Mei 2018, dari: chem.ucalgary.ca
- Ikatan Kimia II: Geometri Molekuler dan Hibridisasi Orbit Atom Bab 10 .. Diperoleh pada 24 Mei 2018, dari: wou.edu
- Quimitube. (2015). Ikatan Kovalen: Pengantar Hibridisasi Orbital Atom. Diperoleh pada 24 Mei 2018, dari: quimitube.com
- Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat., P. 51). Mc Graw Hill.