پرسش

چگونه میتوان ساختار هیبریدی رار رسم نمود؟

پاسخ

رسم ساختارهای هیبریدی با كمی دقت بسیار راحت است . به شما یك مولكول داده می‌شود و گفته می‌شود طریقه هم‌پوشانی اوربیتالهای اتمها و تشكیل مولكول را در آن توضیح دهید . در ابتدا باید اتم مركزی را مشخص كنید كه با كمی تمرین راحت از بقیه اتمها متمایز می‌شود . مثلا در H 2O اتم مركزی، اتم اكسیژن و در CCl4 اتم مركزی كربن می‌باشد . پس از اینكار الكترونهای لایه ظرفیت هر كدام از اتمها چه اتم مركزی و چه اتمهای دیگر را رسم می‌نمائید . به عنوان مثال در مولكول F 2 می‌بینید اتم فلوئور در لایه ظرفیت خود ( لایه ظرفیت منظور آخرین لایه الكترونی می‌باشد.) هفت الكترون دارد و از طریق آزمایشات و تحیقات به وسیله اشعه’‌ ایكس هم مشخص شده كه اتمهای فلوئور به وسیله یك پیوند یك‌گانه به هم متصل شده‌اند . در اینجا یك الكترون در اوربیتال P یك اتم فلوئور می‌آورد و یك الكترون در اوربیتال P هم یك اتم فلوئور دیگر می‌آورد با هم ، هم‌پوشانی كرده ، یك مولكول F 2 تشكیل می‌شود . اما به شما مولكول CCl4 داده می‌شود . در ابتدا اتم مركزی كربن را مشخص می‌نمائید و سپس الكترونهای لایه ظرفیت كربن و كلرها را رسم می‌كنید . می‌بینید كه كلر در لایه ظرفیت خود تنها یك الكترون تك دارد پس هر كدام قرار است به وسیله یك پیوند با اتم كربن هم‌پوشانی كند ، پس اتم كربن نیاز به چهار الكترون جفت نشده و تك دارد . اما با رسم الكترونهای لایه ظرفیت كربن می‌بینید كه این اتم دو الكترون جفت شده در اوربیتال 2S و تنها دو الكترون تك در اوربیتال P دارد. برای رفع این مشكل دانشمندان نظریه هیبریداسیون را ارائه كردند كه در اینجا یك الكترون از اوربیتال S به اوربیتال P ارتقا پیدا كرده و سپس اوربیتالهای S و P با هم ادغام شده و چهار اوربیتال همسطح و هم‌انرژی و هم‌شكل SP3 به وجود می‌آیند و میتوانند با چهار الكترون تك از چهار اتم كلر هم‌پوشانی كرده مولكول ‌ CCl4 را به وجود آورند. از آنجا كه یك اوربیتال S و سه اوربیتال P در این ادغام شركت داشته‌اند ، این هیبریداسیون را SP3 می‌گویند . از آنجا كه الكترونها همه منفی هستند ، پس یكدیگر را دفع می‌كنند و تمایل دارند تا جائیكه ممكن است از هم دور شوند در نتیجه هر كدام از كلرها به گوشه یك چهاروجهی میرود و اتم كربن هم در وسط چهاروجهی قرار می‌گیرد و شكل مولكول چهاروجهی می‌شود. در این حالت زاویه بین پیوندها 5/ 109 درجه می‌باشد . اگر هیبریداسیون SP2 باشد ، یعنی اوربیتالهای هیبریدی به وجود آمده از یك اوربیتال S و دو اوربیتال P باشد ، آنگاه بنا به اصل دافعه’ الكترونی ، هر كدام از پیوندها به گوشه’ یك مثلث می‌روند و اتم مركزی در مركز مثلث قرار می‌گیرد . در این حالت زاویه بین پیوندها 120 درجه می‌باشد . چنانچه هیریداسیون SP باشد ، یعنی اوربیتالهای هیبریدی حاصل از یك اوربیتال S و یك اوربیتال P باشد و دو پیوند داشته باشیم ، آنگاه بنا به اصل دافعه’ الكترونی ، دو پیوند در امتداد یك خط راست قرار می‌گیرند و با هم زاویه’ 180 درجه تشكیل می‌دهند. گاهی اوقات به جای یك اتم ، یك زوج‌الكترون قرار می‌گیرد ، به عنوان مثال می‌دانید كه آب H2O هم ساختار چهاروجهی دارد و هیبریداسیون SP3 برای آن در نظر گرفته می‌شود. اتم مركزی در آب اكسیژن است . وقتی الكترونهای لایه ظرفیت اكسیژن و ئیدروژنها را رسم كنیم ، می‌بینیم كه اكسیژن دو اوربیتال تك الكترونی P و هر كدام از ئیدروژنها هم یك اوربیتال تك الكترون S دارند . شاید این سؤال برای شما به وجود آید كه اكسیژن كه دو الكترون جفت نشده برای پیوند با الكترونهای دو اتم ئیدروژن دارد ، دیگر چه نیازی به هیبریداسیون است ؟ پاسخ در این است كه تحقیقات انجام شده به وسیله اشعه ایكس نشان می‌دهد كه زاویه بین این دو پیوند 105 درجه است و اگر هیبریداسیونی صورت نمی‌گرفت باید زاویه 90 درجه ( زاویه بین دو اوربیتال P ) می‌بود. دانشمندان برای توجیه این مشكل هیبریداسیون SP3 رابرای آب در نظر گرفته‌اند و از آنجا كه در دو تا از گوشه‌های چهاروجهی زوج الكترون قرار گرفته‌ است كه فقط به وسیله یك اتم جذب می‌شوند و آزادی حركت بیشتری دارند ، درنتیجه به پیوندها بیشتر فشار آورده ، آنها را به هم نزدیك‌تر كرده و زاویه از 5/109 كمتر می‌شود. پس هنگام رسم ساختارهای هیبریدی باید به زوج الكترونهای لایه ظرفیت هم توجه كرد .