不安定な元素は、通常、電子を失ったり、獲得したり、共有したりして、他の元素と結合します。これを化学結合と言います。通常、元素は価電子の助けを借りてのみ他の元素と結合します。価電子は、原子の最も外側の殻に存在する電子です。これらは核から遠く離れており、他の元素と容易に結合することができます.
ハイブリダイゼーション:
ハイブリダイゼーションは、エネルギーがわずかに異なる中心原子の原子軌道の混合と、同じ形状とエネルギーの同数の混成軌道への再分布の現象です。ハイブリダイゼーションは中心原子でのみ発生します。共有結合分子では、原子価の高い元素が中心原子と見なされます。
ハイブリダイゼーションの目的:
ハイブリダイゼーションは、共有分子内および中心原子の原子軌道間で発生します。ハイブリダイゼーションは、すべての共有結合分子で発生するわけではありませんが、メタン、アンモニアなどのヘテロ原子分子で発生します。ハイブリダイゼーションは、原子価殻の電子が異なるエネルギーと形状の軌道に存在する中心原子で発生します。
ハイブリダイゼーションの重要性:
中心原子でハイブリダイゼーションが起こり、エネルギーの等しい軌道が得られ、エネルギーの等しい軌道同士の重なりが効果的です。ハイブリダイゼーションは、2 つの要素間で形成される結合の種類を知るのに役立ちます。共有結合した原子間に形成される結合のタイプには、シグマ結合とパイ結合の 2 種類があります。
シグマ結合:シグマ結合は、軌道に存在する電子の共有によって形成される共有結合です。軌道間で観察される重なりのタイプは、正面重なりまたは軸間重なりです。このタイプの重なりは、軌道の強い重なりにつながり、したがって、最小エネルギーの安定した結合であるより強い結合になります。
パイ結合：パイ結合は、軌道に存在する電子の共有によって形成される共有結合でもあります。軌道間に観察される重なりのタイプは、横方向の重なりまたは平行な重なりです。横方向に重なり合うと、結合が弱くなり、エネルギーが高くなり、安定性が低下します。
シグマ結合はより強い結合であり、独立して存在することができますが、パイ結合はより弱く、独立して存在することはできません.
アンモニア分子のハイブリダイゼーション:
アンモニア分子の分子式はNH3です。アンモニア分子では、中心原子はVAグループまたは15番目のグループまたはプニコゲンまたは窒素ファミリーに属する窒素です。アンモニアは弱塩基性化合物で、窒素は非金属です。そして、グループを下ると、塩基性が増加します。 VAグループに属しているため、窒素は原子価殻に5個の電子を持ち、原子価は3に等しい。いくつかの化合物では、それは 4 つにまで及ぶ場合があります。窒素は3個の電子だけで結合を形成しますが、これを結合容量(原子価)といいます。窒素は他の元素と 3 つの結合を形成します。通常、水素、酸素、ハロゲンなどと結合します。
窒素 (N) – 原子番号 – 7
その電子構成は 1s2 2s2 2p3 – 基底状態構成です
2番目のシェルは窒素の原子価シェルで、電子は2s軌道と2p軌道に存在します.2sには2つの電子があり、2pには3つの電子があり、2px1 2py1 2pz1です。窒素が結合を形成する必要がある場合、原子価殻の 4 つの軌道すべてを使用します。しかし、軌道は異なる形とエネルギーを持っているため、混成を起こします.
アンモニア分子は N の sp3 ハイブリダイゼーションによって得られます。ここで、窒素はハイブリダイゼーションで 4 つの軌道 (2s2 2px1 2py1 2pz1) すべてを使用します。 4 つの原子軌道がすべて混ざり合い、同じ数の混成軌道になります。これらは sp3 混成軌道であり、窒素は sp3 混成を行っていると言われています。
アンモニア分子では、形成される 4 つの sp3 混成軌道のうち、3 つの混成軌道は半分または 1 つの電子で満たされ、4 つ目の混成軌道は電子対を持ちます。単一の電子を持つ 3 つの軌道は、シグマ結合を形成する 3 つの水素原子の s 軌道と正面方向に整列します。 N 原子と H 原子の間には、N-H 結合として表される 3 つのシグマ結合が観察されます。 N と H の間の各線は、結合と、それらの間で共有される電子の数 (2) を示します。
アンモニア分子が形成された後、N の周りには 3 つの結合対があり、窒素には孤立電子対が 1 つあることがわかります。 N と H の間の結合は、H の s 軌道と窒素の sp3 軌道の重なりによって形成されるシグマ結合です。
アンモニアでは、孤立ペアと結合ペアの合計は 1+3 =4
ハイブリダイゼーションの数が 4 の場合、中心原子のハイブリダイゼーションは sp3 です。予想される結合角は 109.28 で、形状は四面体です。
これとは対照的に、アンモニアは三角錐形の形状と <109 結合角を示します。
理由:
アンモニア分子の場合、N の周りには、N と H の間に 3 つの結合 (N-H) があります。 N には 4 つの sp3 混成軌道があり、そのうち 3 つが不対電子、1 つの軌道が孤立電子対です。したがって、3 つの結合ペアと 1 つの孤立ペアがあり、これらは互いに近くに配置されています。結合ペア間の反発と、孤立ペア間の反発があります。結合ペア間の反発と比較して、孤立ペア-結合ペアはより強く、結合ペアを孤立ペアから遠ざけます。その結果、結合角が 107 に減少し、形状が三角錐形状にずれます。
結論:
ハイブリダイゼーションは、エネルギーがわずかに異なる中心原子の原子軌道の混合を引き起こし、エネルギーを再分配して、同じ形状とエネルギーの同じ数のハイブリッド軌道を取得します。アンモニアでは、中心原子である窒素原子がsp3混成を起こし、3つのH原子と3つのシグマ結合を形成します。孤立電子対結合対の反発が存在するため、アンモニア分子は、予想される結合角度および形状からの偏差を示します。
