هیبریداسیون اتیلن

[CALCIUM]

تو تئوری آلی 2 در مورد هیبریداسیون اتیلن بحث شده که من متاسفانه متوجه نمیشم، هیبرید شدن کربنو نمی فهمم. لطفا اگه میشه کمکم کنید.مرسی.

[شیمیدان کوچولو]

در کل هیبریداسیون نظریه ای است که در ان با توجه به الکترون های اتم مرکزی و اوربیتال ها شکل مولکول را پیش بینی می کنند.

هر الکترون در اطراف هسته اتم فضای مشخصی رو اشغال کرده. این فضای سه بعدی برای اولین الکترون به راحتی محاسبه میشه. حتی ذهنی هم میشه گفت که باید یه کره تو خالی باشه. فضای خالی مرکزی بین لایه الکترونها و هسته اتم فاصله ایجاد کرده و هسته دقیقاً در مرکز این فضای خالی قرار میگیره. لایه کروی که الکترون تووی اون قرار گرفته همون اوربیتاله sه. این اولین اوربیتاله که میتونه دوتا الکترون رو توو خودش جا بده. در اتم لیتیم سه پروتون وجود داره و بنابراین سه الکترون لازم داریم تا اتم خنثی بشه. این الکترون توو یه محدوده بالاتر قرار میگیره که همون دومین اربیتاله اتمیه. دومین اوربیتال به ناچار باید روی اوربیتال اول قرار بگیره. محاسبات نشون میده که این اوربیتال هم میتونه کروی باشه و هسته اتم و اربیتال اول رو میتونه در داخل فضای خالی خودش جا بده.

وقتی به الکترون پنجم میرسیم (اتم بور) اوضاع عوض میشه. محاسبات نشون میده که این الکترون نمیتونه به شکل یه پوسته کروی (مثله دو اوربیتال قبلی) حول هسته و چهار الکترون قبلی قرار بگیره. فاصله الکترون بیشتر شده؛ از طرف دیگه الکترونهای داخلی کاملاً هسته رو پوشش دادن. بار مواثر هسته اونقدر زیاد نیست که بخواد شکل سومین پوسته کروی رو حفظ کنه. بنابراین پوسته به دو قسمت تقسیم میشه. این دو در امتداد یک محور قرار میگیرن. محاسبات پیچیده ریاضی نشون داده که این پایدارترین شکل برای الکترونه پنجمه. هر دو قسمت (لپ) به یک اوربیتال مربوط میشه. این همون اوربیتاله pه. الکترون ششم و هفتم هم در اوربیتالهای p قرار میگیرن. یعنی سه اوربیتال p هر سه بر روی سطح اوربیتال s زیرین و به یک فاصله از هسته قرار دارن. دافعه الکترون ها این اوربیتالها رو در بیشترین فاصله ممکن قرار میده. یعنی در امتداد سه محور مختصات فضا؛ y،x و z.

اوربیتالهای p به یک فاصله از هسته قرار دارن و شش الکترون اونها در فضایی متراکم تر بدور هسته جمع شدن. از طرف دیگه شکافهایی هم بین اونها وجود داره. بنابراین بار مواثر هسته برای یازدهمین پروتون بیشتر از حد انتظاره. بنابراین یازدهمین الکترون میتونه دوباره یک اوربیتال کروی یعنی s تشکیل بده که مانند پوسته ای بزرگ تمام اوربیتالهای زیرین رو در داخل خودش قرار داده. این روند همینطور ادامه پیدا میکنه...
اوربیتالهای هیبریدی:

حالا فرض کن که اتم هیدروژن به یه اتمی که اوربیتال p داره نزدیک بشه؛ مثله کربن. کربن دوتا الکترون توو دوتا اوربیتا p داره. هر دوشون تغییر شکل میدن (مثاله مایع مغناطیسی یادت باشه) و هر کدوم با یه اوربیتال s از یه اتم هیدروژن ادغام میشن. سطح اوربیتال 2s که زیر این اوربیتالهای p قرار داشت تقریباً عریان میشه و به خاطر اندازه بزرگی که داره به راحتی توسط دو اتم هیدروژن دیگه جذب میشه. این اوربیتال به دو تیکه که هر کدوم یک الکترون دارن تقسیم میشه و با اوربیتال s اتم های هیدروژن ادغام میشه. مولکول بدست اومده CH4ه که پیونهای سیگما اون به دلیل دافعه اوربیتالهای مولکولی بیشترین فاصله رو از هم میگیرن. طبق قرارداد میگن که یک اوربیتال s و سه اوربیتال p اتم کربن با هم ترکیب شدن. بنابراین نام هیبرید sp³ رو بهش دادن. البته فرض شده که یکی از این اوربیتالهای p از همون ابتدا خالی بوده. اوربیتال خالی در حقیقت وجود نداره چون اوربیتال یعنی فضایی که الکترون اشغال کرده بنابراین اگه الکترون وجود نداشته باشه اوربیتالی هم در کار نیست و این فقط یه قرارداده که برای نشون دادن ساده تر فرآیند ترکیب شدن اوربیتالها استفاده میشه.
حالا اوربیتالهای مولکولی:

تنها نیرویی که به الکترونهای یک اتم منفرد اثر میکنه نیروی هستۀ خوده اتمه که شکل اوربیتالهای اتمی رو تعیین میکنه. در واقع میشه اوربیتالها رو به صورت یک مایع مغناطیسی در اطراف یک مرکز مغناطیسی در نظر گرفت. شکل این مایع تحت تاثیر نیروی مغناطیسی وارد شده به اون تعیین میشه. حالا اگه یه نیروی خارجی (هسته یه اتم دیگه) به اوربیتالهای یک اتم اثر بذاره؛ میتونه شکل اوربیتالهای اونو تغییر بده.

با نزدیک شدن دو اتم هیدروژن به یکدیگه، جاذبه هسته اتم های اونها روی ابرهای الکترونی اونها تاثیر میذاره.اینطوری فرض کن که دو تا اتم هیدروژن مماس با هم قرار گرفتن. به نظرت ابر الکترونی چه تغییری میکنه؟

خب شدت میدان الکتریکی پروتونها در فاصله بین دو هسته بیشترین مقدار ممکنه و از طرف دیگه الکترونها هم میتونن با هم ترکیب بشن و هر دو در یک اوربیتال قرار بگیرن. خب همین اتفاق میافته و با ترکیب شدن اوربیتالها، اوربیتال جدیدی بوجود میاد که بجای داشتن 1 مرکز جاذبه، دو مرکز جاذبه داره. ذهنی هم میشه گفت که باید بیضوی باشه. چون بیضی برخلاف دایره دوتا مرکز داره. این اوربیتال مولکولیه سیگماست.

مثلا اتیلن هر کربن باید سه پیوند با انرژی یکسان داشته باشد ولی با رسم اوربیتالهای آن درp دو اوربیتال تک الکترونی و یک اوربیتال خالی داریم چون انرژی یکسانی ندارند پس اول تحریک صورت میگیرد تا sیک الکترون خود را به pبدهد حالا چهار اوربیتال تک الکترونی داریم هیبرید که صورت گیرد سه اوربیتال برای تشکیل پیوندزیکما و یک اوربیتال برای تشکیل پیوند پای آماده میشود.