원자 궤도(오비탈)의 혼성화 I

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.

원자 궤도 혼성화 이해

다음 아이디어는 혼성화를 이해하는 데 중요합니다.

1. 하이브리드 궤도는 격리된 원자에 존재하지 않습니다. 그들은 단지 공유 결합 원자에서 형성된다.
2. 하이브리드 궤도는 격리된 원자원자궤도와 매우 다른 모양과 방향을 가지고 있다.
3. 원자 궤도를 결합하여 하이브리드 궤도 세트가 생성됩니다. 집합의 하이브리드 궤도의 수는 세트를 생성하기 위해 결합된 원자 궤도의 수와 같습니다.
4. 하이브리드 궤도 세트의 모든 궤도는 모양과 에너지와 동일합니다.
5. 접합 원자에 형성된 하이브리드 궤도의 유형은 VSEPR 이론에 의해 예측된 전자 쌍 형상에 달려 있습니다.
6. 하이브리드 궤도가 겹쳐서 σ 결합을 형성합니다. 하이브리드되지 않은 궤도는 π 결합을 형성하기 위해 겹칩니다.

다음 섹션에서는 하이브리드 궤도의 일반적인 유형에 대해 논의합니다.

SP 교 잡

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 BeCl_2에서,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(CH_3)2의아연 원자, HCCH 및 CO2의 탄소 원자등이 있다.

SP² 혼성화

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, BH_3은,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, H₂CCH_2와같이 중앙 원자에 고독한 쌍을 가진 분자, 또는 2개의단일 결합및 중앙 원자에 연결된 이중 결합을 가진 분자를 포함한다.

SP³ 혼성화

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 CH_4는테트라헤드론 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 Sp^3이 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 CCl_4,PCl 3 및 NCl_3이포함됩니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 8.2에서적응되었습니다 : 하이브리드 원자 궤도 .