化学では、混成とは、原子の原子軌道が結合して分子にその形状と特性を与える方法です。この言葉は、単結合、二重結合、三重結合などの有機化学結合の種類を表すためにも使用されます。ハイブリダイゼーションは、結合のセット全体を記述することもできます。これらのさまざまなタイプの結合を理解するには、電子共有に関与するさまざまな軌道を調べることが不可欠です。
sp3d ハイブリダイゼーションとは?
sp3d ハイブリダイゼーションは、他の 2 つの原子が要素の 2 つの結合を共有する場合に発生します。これは、各原子が別の原子と電子対を共有し、1 つの原子から単一の p 軌道を取り、別の原子から軌道として取ることを意味します。このタイプのハイブリダイゼーションは、結合に関与する 3 つの原子軌道の共有を伴うため、sp3d と呼ばれます。
sp3d の最初の文字は、各要素の結合の半分を形成するために使用される原子軌道を表します。s はエネルギーの低い最も内側の軌道を表し、p はエネルギーの高い軌道を表します。 2 番目の文字は、結合の残りの半分を形成するために使用される原子軌道を表します。 3 番目の文字は、その原子の軌道の上下にある軌道を表します。
sp3d ハイブリダイゼーションの形状と構造
sp3 ハイブリダイゼーションを持つ分子は、「t 型ハイブリダイゼーション」または「四面体ハイブリダイゼーション」と呼ばれることがあります。これらの分子は、結合角が 109° の四面体の形状をしています。ハイブリダイゼーションの t 字型は、形状と結合角を表すことができます。 sp3d ハイブリダイゼーションを含む分子の構造は、対称軸が結合に沿っている四面体の形状をしており、ジグザグ鎖としても知られています。隣接する 2 つの結合角 (C-C と C-O) は 109° です。
例えば。 CH4
基底状態の sp3d 混成分子では、2 つの原子が 4 つの電子対すべてを共有します。他の 2 つの軌道は、ハイブリッド化されていない p 軌道です。これらの 2 つのハイブリッド化されていない軌道は、分子の平面に対して垂直であり、結合軸に沿って配向しています。
sp3d ハイブリダイゼーション プロパティ
これらの結合の特性は、イオン結合、共有結合、および sp ハイブリダイゼーションと同じです。 sp3d ハイブリダイゼーションの最も注目すべき特性は、その極性と芳香性です。
- 極性:sp3d ハイブリダイゼーションを含む分子には、分子内の小さな空間領域に小さな双極子があります。電荷のない広い領域がイオン化合物のように他の分子と相互作用するため、極性が生じます。双極子は sp3d 結合に存在し、その形状を与えます。この特定の形状には極性があるため、極性結合と呼ばれます。
極性分子には正味の電荷があるため、電子対を供与するには反対の電荷を帯びたイオンが存在する必要があります。分子内の電子は、共有結合に達するまで反対の電荷を帯びたイオンと相互作用し、永久的な変化につながる永久双極子を引き起こします。
- 芳香族性:共役環を含む sp3d ハイブリダイゼーションを含む分子は、芳香族と見なされます。ベンゼン分子にも見られます。ベンゼン分子を詳しく調べると、sp2 混成原子と sp3d 結合で構成される複数の結合が含まれていることがわかります。これらの複数の結合の組み合わせにより、ベンゼン分子は、1 種類の結合のみで構成されている可能性がある他の典型的な芳香族分子と比較して、独特なものになっています。
sp3d ハイブリダイゼーションの重要性
世界で最も一般的に使用されている化学物質の 1 つはテレフタル酸です。ポリエステルの製造に使用され、その構造には sp3d ハイブリダイゼーションと共有結合およびイオン結合が含まれています。これらの結合により、ポリエステルに強度、柔軟性、および耐久性がもたらされます。
ベンゼンはまた、その構造内に sp3d ハイブリダイゼーションと共有結合およびイオン結合を持っています。フルーティーな香りを生み出すために使用され、その構造には芳香結合も含まれています。
ベンゼンは非常に一般的な分子であり、その構造には sp3d ハイブリダイゼーションと共有結合およびイオン結合が含まれているため、化学者はそれを広範囲に研究してきました。これらの研究の結果、この分子がどのように作用するかについては複数の理論があります。
分子の重量 (Δg) は、さまざまなイオンと共有結合の分子構造に基づいて計算できます。 sp3d ハイブリダイゼーションを含む分子の Δg を計算するアプリケーションは、ほとんど理論的なものです。
結論
結論として、sp3d ハイブリダイゼーションは VSEPR 理論で説明できます。この理論では、3 つの原子が電子対を供与し、角度が 120° と 108° の三角両錐形状を形成します。三角両錐は、三角形、八面体、および四面体で構成されます。四面体は結合に面しており、原子とは異なり、他の 2 つのグループは結合に向かっています。 sp3d 結合を持つ分子は、その結合がどのように分極されているかによって、イオンのように反応することができます。
sp3d ハイブリダイゼーションが存在するかどうかを判断するために、数多くの研究が行われてきました。一部の科学者は、sp3d ハイブリダイゼーションは sp3 ハイブリダイゼーションとは異なると仮定しました
