Hibridi z acija ( s - elektroni)

1. Hibridizacija (s - elektroni) H2O O  (1s)2(2s)2(2p)4 2s 2pz 2px 2py 1s H atom 1s jezgra O atoma + _ 2px + 1s Predviđa kut HOH od 900! Eksperimentalni kut je 104.50! Kako objasniti? _ H atom 2py

2. Još dva primjera: CH4 NH3 N H 109.50 H H H C H 1070 H H Kut između 2p orbitala je 900. Ovi kutovi se razlikuju od toga! tetraedarska simetrija! Svi kutovi su isti!

3. Pauling i Slater: Elektroni se ne nalaze u “čistim” s i p orbitalama već dolazi do hibridizacije! sp hibridi + = 2s 2p Y1 _ = 2s 2p Y2 položaj jezgre atoma! hibridi nastaju linearnom kombinacijom 2s i 2p AO-s na istom atomu!

4. ovdje je hibridna orbitala pozitivna položaj jezgre atoma Y2 Y1 Iz ortonormiranosti 2s i 2p orbitala slijedi ortonormiranost sp hibrida! ovdje je hibridna orbitala negativna • Karakteristike sp hibrida: • Usmjerenost hibrida Y1 i Y2 (Y1 hibrid je usmjeren prema desno a Y2 hibrid prema lijevo) • Kut između 2 sp hibrida je 1800!

5. Zašto dolazi do hibridizacije? • 2p orbitala ima nešto višu energiju od 2s orbitale. Stoga je potrebno potrošiti nešto energije da se elektron iz 2s orbitale “promovira” u sp hibrid! To je negativan doprinos! • sp hibrid je puno više usmjeren od 2s i od 2p orbitale. Stoga, ako se u smjeru usmjerenja sp hibrida nalazi orbitala nekog drugog atoma, dolazi do puno jače kemijske veze nego li u slučaju 2s ili 2p orbitale. To je pozitivan doprinos! U konačnom balansu pozitivan doprinos je puno jači od negativnog i stoga je energetski povoljno formiranje hibrida! Glavni razlog nastajanja hibrida je mala razlika u energiji 2s i 2p orbitale. Da je ta razlika puno veća, do hibridizacije ne bi dolazilo!

6. 2s i 2p orbitale se mogu kombinirati i u druge hibride (ne samo sp) Opčenit način formiranja hibridnih orbitala: hibridne orbitale Atomske 2s i 2p orbitale (na istom atomu!) hibridne orbitale moraju biti ortonormirane! (međusobno ortogonalne i normirane)

7. sp2 hibridi 2s, 2px i 2py Y2 y x Y1 kut između sp2 hibrida je 1200! Y3 sp3 hibridi 2s, 2px, 2py i 2pz kut između sp3 hibrida je tetraedarski: 109.50! primjer: CH4

8. Formiranje kemijske veze atoma A i B prekrivanje orbitala A B sp sp2 sp3 Veza nastala interakcijom hibrida na atomu A i AO (ovdje 1s orbitale) na atomu B. opadanje jačine usmjerenosti hibrida Veza nastala interakcijom hibrida na atomu A i hibrida na atomu B. prekrivanje orbitala Jačina veze je približno proporcionalna prekrivanju orbitala! B A jezgre atoma A i B

9. Stvaranje s kemijske veze (primjer sa sp-sp vezom) s * =spa-spb E spa spb atom A atom B s =spa+spb Atom A donira 1 elektron u spa hibrid (sp hibrid na atomu A), a atom B donira 1 elektron u spb hibrid. Hibridi interagiraju stvarajući veznu s orbitalu u koju se smještaju oba elektrona (sa suprotnim spinovima). Na isti način nastaju i drugi tipovi s veze (kombinacije sp-s, sp2-s itd.)

10. Integrali prekrivanja hibrida C-H C-C S sp-sp 0.88 sp2-sp2 0.78 sp3-sp3 0.67 S sp-s 0.76 sp2-s 0.74 sp3-s 0.72 jače prekrivanje  jača veza!

11. CH4 NH3 usamljeni elektronski par H sp3 jezgra N atoma N sp3 H C H jezgre H atoma H unutrašnji kutovi između sp3 hibrida su približno tetraedarski: 1070 (radi elektrostatskog odbijanja elektronskog para to je nešto manje od tetraedarskog kuta) svi kutovi između sp3 hibrida su tetraedarski: 109.50

12. C2H6 H H H C H C sp3 hibridi H H Formiranje kemijskih veza kod molekule C2H6. C-C veza nastaje interakcijom dva sp3 hibrida. Svaka C-H veza nastaje interakcijom jednog sp3 hibrida i 1s AO na odgovarajućem H atomu! Dvije CH3 grupe relativno lako rotiraju oko osi određene C-C vezom!

13. H H C3H8 C H H H C C H Svi hibridi su sp3 hibridi! Relativno slobodna rotacija CH3 grupa! H H

14. C2H4 H H sp2 hibridi C C H H Svaki C atom donira 3 vezna elektrona u sp2hibride (u svaki hibrid po jedan elektron). Ti elektroni stvaraji 5 s veza (jedna C-C i četiri C-H s veze). Te s veze stvaraju krutu planarnu geometriju C2H4 molekule! Preostaje po 1 vezni elektron za svaki C atom!

15. Pogled sa strane na molekulu C2H4 p veza H H C C H H 2pz orbitale z os Preostala 2 elektrona se nalaze u 2pz orbitalama i tvore p vezu! Ta veza onemogućava rotaciju CH2 grupa oko C-C osi! (što se tiće s-elektrona, ta rotacija bi bila moguća!) radi različitih simetrija s i p elektroni ne interagiraju (točnije – interagiraju vrlo slabo!)

16. Metoda maksimalnog prekrivanja: jače prekrivanje  jača veza! Y1 y Y1 i Y2 su spn hibridi gdje je n varijabilno (ne nužno cijeli broj!) f Y1 i Y2 su ortonormirani: Y1Y2dt=0, Y1Y1dt=1, Y2Y2dt=1 x Y2 Dva ortogonalna hibrida pod kutom f!

17. Y1=a s+b p1 hibridi istog tipa (iste hibridizacije) Y2=a s+b p2 linearne kombinacije px i py orbitala a2+b2=1 radi ortogonalnosti s i p orbitala! s karakter hibridizacije! F je kut među hibridima!

18. s karakter hibrida kao funkcija kuta između hibrida a2 čiste p orbitale f sp3 hibrid sp hibrid sp2 hibrid U metodi maksimalnog prekrivanja se maksimizira ukupno prekrivanje (približna masimizacija energije svih kemijskih veza). Hibridi više nisu “čisti” sp, sp2 i sp3 i dobivaju se realniji kutovi!

19. Pitanja hibridizacija • Zašto je potrebna hibridizacija? Kako objašnjavamo kutove kod molekule vode, molekule amonijaka itd.? • Kako nastaje hibridizacija? Čime je ona omogučena? • Objasnite svojstva sp (sp2, sp3) hibrida! • Što je to metoda maksimalnog prekrivanja? • Kako ovisi s karakter dva istovjetna hibrida o kutu između njih? • Kako ovisi jačinausmjerenosti hibrida o vrsti hibrida? • Objasnite pomoću hibridizacije geometriju CH4 (NH3) molekule! • Objasnite geometriju C2H6 (C3H8) molekule! • Objasnite geometriju C2H4 molekule! • Zašto CH3 grupe kod molekule C2H6 relativno slobodno rotiraju oko C-C veze, a CH2 grupe kod molekule C2H4 ne rotiraju oko C-C veze? • Koja su svojstva hibridnih orbitala?