Hibridisasi

HIBRIDISASI

Kata 'hibridisasi' berarti 'pencampuran' dan bila digunakan dalam konteks orbital atom, ia menjelaskan cara menurunkan  arah orbital dengan leluasa yang dapat digunakan dalam VB teori. Seperti semua teori ikatan, hibridisasi orbital adalah  Model, dan tidak boleh diambil menjadi fenomena nyata. Hybrid orbital dapat dibentuk dengan mencampur karakter orbital atom yang dekat dalam energi. Karakter dari  hibrida orbital tergantung pada orbital atom yang terlibat dan kontribusi persentase mereka. Label yang diberikan kepada hybrid
orbital mencerminkan orbital atom berkontribusi, misalnya sp hibrida memiliki jumlah yang sama dan p karakter orbital.

Hybrid orbital dihasilkan dengan mencampur karakter orbital atom.Alasan untuk menciptakan satu set orbital hibrida adalah untuk menghasilkan skema ikatan nyaman untuk  spesies molekul terterntu. Sebuah poin orbital hibrida individu sepanjang diberikan sumbu internuclear dalam kerangka molekul sedang dipertimbangkan, dan penggunaan satu set orbital hibrida memberikan gambaran ikatan dalam hal penempatan ikatan σ. dalam
bekerja melalui sisa bagian ini, melihat bahwa setiap skema hibridisasi untuk X atom dalam molekul XY_n adalah hanya cocok untuk bentuk tertentu, bentuk menjadi didefinisikan dengan jumlah kelompok yang melekat dan setiap pasangan mandiri.

Satu set orbital hibrida memberikan gambaran ikatan untuk
molekul dalam hal penempatan ikatan σ.

Fig 5.1 Perbandingan bentuk molekul H2O (kerangka yang diambil sebagai berbaring di bidang yz) dengan Sifat spasial 2s, 2py dan orbital atom 2pz oksigen.

sp Hibridisasi: skema untuk spesies linear 

Notasi sp berarti bahwa satu arbital atom s dan satu p campuran orbital atom untuk membentuk satu set dari dua orbital hibrida dengan sifat directional yang berbeda.

Salah satu kemungkinan kombinasi dari orbital atom  2s dan orbital atom 2px ditunjukkan pada Gambar 5.2a. Dalam gambar, warna lobus orbital sesuai dengan fase tertentu  (Lihat Bagian 1.6) dan penambahan komponen 2s  memperkuat satu lobus 2px orbital atom tapi berkurang  yang lain. Persamaan 5.1 merupakan kombinasi matematis. Fungsi gelombang sp hibrida menggambarkan normalisasi (lihat Bagian 2.2) sp hibrida orbital yang memiliki 50% dan 50% p karakter. Meskipun persamaan 5.1 dan Gambar 5.2a merujuk dengan kombinasi 2s dan orbital atom 2px, ini bisa hanya juga menjadi 2s dengan 2py atau 2pz, atau 3s dengan 3px, dan sebagainya.

Kini hadir aturan umum yang penting: jika kita mulai dengan n orbital-orbital atom, kita harus berakhir dengan orbital n setelah hibridisasi. Gambar 5.2b dan persamaan 5.2 menunjukkan kemungkinan kedua untuk  kombinasi 2s dan 2px atom orbital. Tanda perubahan untuk kombinasi perubahan fase 2px yang  poin hibrida orbital dan sehingga resultan dalam arah yang berlawanan dengan yang ditunjukkan pada Gambar 5.2a. (Ingat bahwa p atom Orbital memiliki sifat vektor.)

Persamaan 5.1 dan 5.2 merupakan dua fungsi gelombang yang  setara dalam segala hal kecuali untuk arah-arah mereka terhadap sumbu x. Meskipun energi orbital dari 2s awal dan orbital atom 2px berbeda, pencampuran menyebabkan dua orbital hibrida energi yang sama.

Model sp hibridisasi dapat digunakan untuk menggambarkan σ-ikatan dalam molekul linear seperti BeCl2 di mana ikatan Be―Cl  adalah panjang yang sama. Keadaan dasar elektronik konfigurasi dari Be adalah  [He] 2s² dan kulit valensi berisi 2s orbital atom dan tiga orbital atom 2p   (Gambar 5.3). Jika kita menggunakan dua dari orbital-orbital atom ini,  perlakuan
secara terpisah, untuk membentuk dua penempatan Be―Cl, kita tidak bisa merasionalisasi kesetaraan ikatani. Namun, jika kita mengambi orbital atom 2s dan satu atom orbital 2p, campuran karakter mereka untuk membentuk hibrida sp, dan menggunakan satu hybrid orbital untuk membentuk satu Be―Cl interaksi dan hibrida orbital lainnya untuk interaksi kedua, maka kesetaraan Be―Cl interaksi adalah konsekuensi alami dari ikatan gambar. Efektif, kita mewakili negara valensi Be dalam sebuah molekul linear sebagai bagian dari dua kemunduran hibrida sp, masing-masing berisi satu elektron; ini diwakili oleh notasi (sp²). Gambar 5.3 merupakan perubahan dari konfigurasi elektron keadaan dasar Be ke valensi dasar sp. Ini adalah keadaan teoritis yang dapat digunakan untuk menggambarkan σ-ikatan dalam molekul linear.

sp2 Hibridisasi: skema untuk trigonal spesies planar

Notasi sp2 berarti bahwa satu dan dua orbital atom p campuran untuk membentuk satu set dari tiga orbital hibrida dengan berbeda sifat directional.

Mari kita mempertimbangkan kombinasi 2s, 2px dan 2py atom orbital. Orbital hibrida akhir harus setara dalam segala hal kecuali untuk properti arah mereka; hibrida sp2 harus berisi jumlah yang sama s karakter sebagai satu sama lain dan jumlah yang sama dari p karakter sebagai satu sama lain. Kami mulai dengan memberikan sepertiga dari karakter 2s setiap sp2
hibrida orbital. Sisanya dua pertiga dari masing-masing hibrida orbital terdiri dari 2p karakter, dan fungsi gelombang normalisasi diberikan dalam persamaan 5,3-5,5.

Gambar. 5.4 Pembentukan tiga orbital sp2 hibrida dari satu orbital 2s atom dan dua orbital 2p atom. Pilihan px dan py adalah sewenang-wenang. (Jika kita mulai dengan 2px dan orbital atom 2pz, hibrida akan terletak pada bidang xz, menggunakan 2py dan 2pz orbital atom memberikan orbital hibrida pada bidang yz.) The directionalities orbital hibrida mengikuti dari relatif kontribusi dari orbital atom (lihat persamaan 5,3-5,5).

Gambar 5.4 memberikan representasi bergambar cara yang tiga orbital hibrida sp2 dibangun. Ingat bahwa perubahan tanda untuk fungsi gelombang atom berarti perubahan fase. Petunjuk resultan dari bawah dua orbital hibrid pada Gambar 5.4 ditentukan dengan memecahkan vektor yang terkait dengan 2px dan orbital atom 2py. Model hibridisasi sp2 dapat digunakan untuk menggambarkan σ-ikatan dalam molekul planar trigonal seperti BH3.valensi atom B adalah (sp³)³ (yaitu tiga sp2 hibrida orbital, masing-masing dengan satu elektron) dan kesetaraan InteraksiB―H berikut dengan mempertimbangkan bahwa setiap interaksi
dibentuk oleh tumpang tindih satu B sp2 hibrida orbital dengan 1s atom orbital atom H (Gambar 5.5). setiap H atom menyumbangkan satu elektron untuk skema ikatan, jadi setiap B―H ikatan adalah sebuah penempatan  interaksi 2c-2e (lihat Bagian 2.2). Sebuah diagram mirip dengan yang ditunjukkan dalam Gambar 5.3 dapat dibangun untuk menunjukkan pembentukan valensi untuk trigonal planar atom B.

sp3 Hibridisasi: skema untuk tetrahedral dan spesies terkait

Notasi sp3 berarti bahwa satu dan tiga orbital p atom campuran untuk membentuk satu set dari empat orbital hibrida dengan berbeda sifat directional.

Sebuah skema yang sama dengan yang dijelaskan di atas dapat diturunkan ke menghasilkan empat orbital hibrida sp3 dari satu 2s dan tiga 2p orbital atom. Orbital sp3 hibrida dijelaskan oleh fungsi gelombang normal dalam persamaan 5,6-5,9 dan ditunjukkan pada Gambar 5.6a pictorially. Setiap hibrida sp3 orbital memiliki 25% s karakter dan 75% p karakter, dan set empat orbital setara mendefinisikan tetrahedral kerangka.

Pada Gambar 5.6b kita menggambarkan bagaimana struktur tetrahedral CH4 berkaitan dengan kerangka kubik. Hubungan ini adalah penting karena memungkinkan kita untuk menggambarkan tetrahedron di hal sumbu set Cartesian. Dalam teori ikatan valensi, ikatan di CH4 mudah dapat dijelaskan dalam istilah sebuah negara sp3 valensi untuk C, yaitu empat orbital terdegenerasi, masing-masing berisi satu elektron. Setiap tumpang tindih orbital hibrida dengan 1s atom orbital dari satu atom H untuk menghasilkan satu
empat setara,  penempatan  2c-2e C―H  σ-interactions.

skema Hibridisasi untuk atom nitrogen di NH3

Gunakan teori VSEPR untuk menjelaskan struktur NH3, dan menyarankan skema hibridisasi sesuai untuk atom N

 

Gambar. 5.6 (a) arah orbital yang membentuk sebuah set dari empat orbital hibrida sp3 sesuai dengan tetrahedral array. (b) Hubungan antara tetrahedron dan kubus; di CH4, empat atom H menempati sudut alternatif kubus, dan kubus mudah berhubungan dengan sumbu set Cartesian. Konfigurasi elektron keadaan dasar dari N adalah [He] 2s²2p³. tiga dari lima elektron valensi yang digunakan untuk membentuk tiga Ikatan tunggal N―H, meninggalkan satu pasangan elektron bebas. Struktur piramidal trigonal, berasal dari tetrahedral susunan pasangan elektron:

N atom memiliki empat valensi orbital atom: 2s, 2px, 2py dan 2pz. Skema sp3 hibridisasi memberikan tetrahedral pengaturan orbital hibrida, sesuai untuk menampung empat pasang elektron:

Skema hibridisasi Lainnya

Untuk spesies molekul dengan selain linear, planar trigonal atau struktur tetrahedral berbasis, biasanya melibatkan d orbital dalam teori ikatan valensi. Kita akan lihat nanti yang ini belum tentu terjadi dalam orbital molekul teori. Kitai juga akan melihat dalam Bab 15 dan 16 bahwa ikatan dalam apa yang disebut senyawa hypervalent seperti PF5 dan SF6, dapat digambarkan tanpa melibatkan penggunaan d-orbital. Satu Oleh karena itu harus berhati-hati tentang penggunaan skema hibridisasi spⁿd^m senyawa p-blok elemen dengan oktet tampaknya diperluas di sekitar pusat atom. Molekul sejati tidak harus sesuai dengan teori valensi sederhana, atau  mereka harus sesuai dengan spⁿd ^m skema yang kita bahas dalam buku ini. Namun demikian, nyaman untuk memvisualisasikan ikatan dalam molekul dalam hal berbagai skema hibridisasi yang sederhana.

Pencampuran s, px, py, pz dan orbital atom dz² memberikan satu set lima orbital hibrida sp³d, orientasi bersama yang sesuai dengan pengaturan bipyramidal trigonal (Gambar 5.7a). Kelima orbital hibrida sp³d tidak setara dan membagi ke dalam dua set aksial dan tiga setara dan dibagi menjadi dua set aksial dan tiga 2pz. Skema sp³ hibridisasi memberikan tetrahedral pengaturan orbital hibrida, sesuai untuk menampung empat pasang elektron orbital equatorial ikatan orbital aksial terletak di sepanjang z sumbu. † Model hibridisasi sp³d dapat digunakan untuk menggambarkan σ-bonding di 5-koordinat spesies seperti [Ni(CN)5]3^- (lihat Bagian 22.11). σ-bonding Kerangka spesies persegi piramida juga dapat digambarkan dalam hal suatu hibridisasi sp³d skema.

Perubahan disposisi spasial lima hibrida orbital dari bipyramidal trigonal persegi berbasis piramida  merupakan konsekuensi dari partisipasi d yang berbeda orbital. Hibridisasi dari s, px, py, pz dan 

Orbital atom menghasilkan satu set lima orbital hibrida sp³d (Gambar 5.7b).  Hibridisasi dari s, px, py, pz, dz² dan

 Orbital atom memberikan enam orbital hibrida sp³d² sesuai dengan suatu pengaturan oktahedral. Ikatan di MoF₆ dapat dijelaskan dalam hal sp³d² hibridisasi pusat atom. Jika kita menghapus z-komponen dari set ini (yaitu pz dan dz²) dan berhibridisasi hanya s, px, py dan 

atom orbital, set resultan dari empat orbital hibrida sp²d sesuai dengan pengaturan bujur sangkar,  [PtCl4]^2-. Setiap set orbital hibrida dikaitkan dengan bentuk tertentu , meskipun ini mungkin tidak bertepatan dengan molekul bentuknya jika pasangan mandiri juga harus diakomodasi.