はじめに:
分子では、2 つの原子軌道が一緒になって混成軌道を作ります。ハイブリダイゼーションは、この手順に使用される用語です。同様のエネルギーを持つ原子軌道は、通常、2 つの軌道または 2 つの 'p' 軌道を混合するか、's' 軌道を 'p' 軌道と、's' 軌道を 'd' 軌道と組み合わせることを含む混成手順全体で結合されます。 .ハイブリッド軌道は、このプロセスから生じる新しい軌道の 1 つです。混成軌道は、原子結合の特性と分子の形状を記述するのに特に役立ちます。
炭素原子の例を見てみましょう。原子価殻 s 軌道は、3 つの原子価殻 p 軌道に沿って混合し、4 つの単結合を生成します。この組み合わせは、匹敵する 4 つの sp3 ハイブリダイゼーション ミックスを生成します。これらは、4 つの異なる原子に結合した炭素からなる四面体構造を持ちます。
ハイブリダイゼーションの主な特徴
ハイブリダイゼーションの主な特徴は次のとおりです。
- 混成軌道の数は、混成原子軌道の数と同じです。
- 混成軌道のエネルギーと形状は常に同じです。
- 純粋な原子軌道は、混成軌道よりも安定した結合を形成することに成功していません。
- これらの混成軌道は、電子対の反発を最小限に抑え、安定した構成を維持するために、空間内で目的の方向に向けられています。その結果、示されるハイブリダイゼーションの種類によって分子の形状が決まります。
ハイブリダイゼーションには特定の状況が必要です
(i) 原子の原子価殻の軌道が混成します。
(ii) ハイブリダイゼーションを受ける軌道のエネルギーは同一でなければなりません。
(iii) ハイブリダイゼーション前の電子促進は必要ありません。
(iv) 半分満たされた軌道のみがハイブリダイゼーションに参加する必要はありません。ハイブリダイゼーションには、まれな状況で完全な原子価殻軌道が含まれる場合もあります。
ハイブリダイゼーションの種類
s、p、および d 軌道を含むハイブリダイゼーションは、いくつかの形式を取ることができます。以下は、ハイブリダイゼーションの多くの形態です:
(I) sp ハイブリダイゼーション:この種のハイブリダイゼーションでは、1 つの s 軌道と 1 つの p 軌道を混合すると、2 つの同等の sp 混成軌道が生成されます。混成軌道が z 軸に沿っている場合、軌道 s と pz は sp 混成に許容されます。各 sp 混成軌道には、50% の s 文字と 50% の p 文字があります。線形構造を持つ分子は、sp 混成コア原子を持ち、2 つの追加の中心原子に直接接続されます。 「斜めハイブリダイゼーション」という用語は、この種のハイブリダイゼーションを指します。
正のローブと非常に小さな負のローブを投影することで、2 つの sp ハイブリッドは z 軸に沿って反対方向を指し、より効率的なオーバーラップとより強力な接続の開発を可能にします。
(II) sp2 ハイブリダイゼーション:1 つの s 軌道と 2 つの p 軌道がこのハイブリダイゼーションに関与し、3 つの等価な sp2 混成軌道が生じます。たとえば、BCl3 分子の中央のホウ素原子の電子配置は 1s22s22p1 です。 2s 電子の 1 つが、励起状態で占有されていない 2p 軌道に昇格し、ホウ素に 3 つの不対電子が残ります。
混成により、3 つの sp2 混成軌道が生成されます。結果として得られる 3 つの混成軌道は、三角形の平面配置と重なります。塩素の 2p 軌道が結合して、3 つの BCl 分子結合が生成されます。 Cl-B-Cl リンクを使用すると、ジオメトリは 120° の角度で三角形の平面になります。
(III) sp3 ハイブリダイゼーション:この種のハイブリダイゼーションは、価電子殻の 1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道が混合されて、同等のエネルギーと形状を持つ 4 つの sp3 混成軌道を生成する CH4 分子を例として使用して説明することができます。各 sp3 混成軌道には、25% の S 文字と 75% の P 文字があります。結果として生じる 4 つの sp3 混成軌道は、四面体の 4 つの角に向けられます。各 sp3 混成軌道間の角度は 109.5°です。
sp の他の例 3 、sp 2 、および sp ハイブリダイゼーション
C2H6 分子の sp3 ハイブリダイゼーション:エタン分子の両方の炭素原子は、sp3 ハイブリッド形式です。各炭素原子の 4 つの sp3 混成軌道の 1 つは、他の原子の対応する軌道と軸方向に重なり合い、sp3-sp3 シグマ結合を作成します。一方、各炭素原子の他の 3 つの混成軌道は、水素との sp3 –s シグマ結合を生成するために利用されます。
その結果、C–C 結合の長さは 154 pm ですが、各 C–H 結合の長さは 109 pm です。
エテン分子を構築する際に、炭素原子の sp2 混成軌道の 1 つが別の炭素原子の sp2 混成軌道と軸方向に交差して、C–C シグマ結合を作成します。エテン分子の炭素-炭素結合は、ハイブリダイゼーションに利用されず、分子の平面に垂直な p 軌道間の 1 つの sp2–sp2 シグマ結合と 1 つの pi 結合で構成されます。絆の長さは午後134時です。 C–H 結合の長さは 108 pm で、sp2–s シグマです。 H–C–H 結合角は 117.6 度、H–C–C 結合角は 121 度です。
結論
2 つの原子軌道が融合して孤立した分子内に混成軌道が形成されると、特定の原子の軌道エネルギーの再分配が起こり、軌道に同等のエネルギーが与えられます。ハイブリダイゼーションは、この手順の用語です。このプロセスにより作成された新しい軌道は、ハイブリッド軌道として知られています。ライナス・ポーリングは、多原子化合物の特徴的な形態を説明するために、原子軌道混成の概念を確立しました。 BeCl2、BCl3、CH4、NH3、H2O などの分子の射影と幾何学的形状は、Be、B、C、N、O の原子軌道の sp、sp2、sp3 混成を使用して説明されます。
