Hybrydyzacja

Jeśli miałabym wybrać ulubiony temat, który pojawia się na lekcjach chemii w liceum byłaby to bez wątpienia hybrydyzacja. Co prawda początkowo były między nami słabe relacje, ale stopniowo uczucia się ocieplały, aby w końcu rozpalił się żar prawdziwej miłości.

Hybrydyzacja, czyli co?

Określenie “hybryda” w chemii nie różni się zbytnio od jego potocznego znaczenia. Jest to połączenie cech różnych produktów (tak jak lakier czy samochód hybrydowy), a w chemii mamy na myśli połączenie dwóch lub więcej orbitali różnego typu.

Wiele osób traktuje hybrydyzację jako proces zachodzący gdzieś w mikroskali. Jest to niestety podejście niepoprawne, dlatego, że hybrydyzacja jest wyłącznie zabiegiem matematycznym, który pomaga przewidzieć kształt danej cząsteczki. Przyjmując odpowiedni model hybrydyzacji wiemy, że jej kształt będzie zbliżony do tetraedru, trójkąta czy piramidy trygonalnej.

W liceum obowiązują trzy typy hybrydyzacji: sp, sp2 i sp3. Co oznaczają te zapisy? Mówią o tym ile orbitali danego typu bierze udział w hybrydyzacji. Dla hybrydyzacji sp będzie to jeden orbital typu s i jeden orbital p. Dla sp2 – jeden orbital s i dwa orbitale p. Myślę, że zapisu sp3 nie muszę już tłumaczyć :).

Dlaczego w ogóle stosujemy hybrydyzację?

Zawsze zaczynam wyjaśnianie hybrydyzacji od przykładu cząsteczki metanu. Zastanów się, jak powstaje taka cząsteczka. Do jej zbudowania potrzebujemy atomu węgla i czterech atomów wodoru.

Jak widzisz węgiel ma tylko dwa niesparowane elektrony walencyjne – aby mógł utworzyć cztery wiązania, musimy wprowadzić go w stan wzbudzony.

Jeśli opanowałeś już temat stanów kwantowych wiesz, że różne typy orbitali różnią się od siebie energią. Z drugiej strony wiemy, że wiązania w cząsteczce metanu są równocenne. Tutaj wkracza właśnie hybrydyzacja. W rzeczywistości będziemy mieli do czynienia z 4 stanami energetycznymi o energii wyższej niż dla orbitalu s i niższej niż dla orbitalu p.

Jak określić typ hybrydyzacji?

To bardzo proste! Jedyne co musisz policzyć to liczba przyłączonych atomów (wiązań sigma) i liczba wolnych par elektronowych. Ich ilość wskaże ile orbitali bierze udział w hybrydyzacji i będziemy mogli łatwo określić typ hybrydyzacji.

typ hybrydyzacji sp sp2 sp3
orbitale biorące udział s, px s, px, py s, px, py, pz
liczba orbitali 2 3 4

Weźmy dla przykładu wspomnianą cząsteczkę metanu

Tak jak pisałam wcześniej, musimy policzyć liczbę wszystkich wiązań sigma i wolnych par elektronowych.

Ich suma jest równa 4, a więc cząsteczce węgla odpowiada hybrydyzacja sp3.
Teraz dwie kolejne cząsteczki: amoniaku i dwutlenku węgla.

Cząsteczka amoniaku ma 3 wiązania sigma i jedną wolną parę elektronową na azocie. To odpowiada liczbie 4, a więc hybrydyzacji sp3. Z kolei cząsteczka dwutlenku węgla ma dwa wiązania podwójne, a więc 2 wiązania sigma i dwa wiązania pi. Przypominam, że bierzemy pod uwagę tylko te pierwsze. Zwróć uwagę, że nie liczę wolnych par elektronowych na atomach tlenu, nie wpływają one na kształt cząsteczki. W cząsteczce dwutlenku węgla zaznaczyliśmy 2 punkty, dlatego odpowiada jej hybrydyzacja sp.

Hybrydyzacja, a kształt cząsteczki

Z danym typem hybrydyzacji są powiązane konkretne kształty cząsteczek. Jak się pewnie domyślasz, struktura cząsteczki amoniaku mimo tej samej hybrydyzacji będzie się nieco różniła od cząsteczki metanu. Wszystkie możliwe kształty dla konkretnego typu hybrydyzacji zebrałam w tabeli poniżej.

sp kształt liniowy
sp2 kształt trójkątny
kształt kątowy
sp3 kształt tetraedryczny
piramida trygonalna
kształt kątowy

 

 


Chcesz wiedzieć więcej? 

Polecam swoje lekcje online – w module “Hybrydyzacja” omawiam: określanie typu hybrydyzacji (sp, sp2, sp3), zależność pomiędzy typem hybrydyzacji a kształtem cząsteczki oraz hybrydyzację w związkach organicznych.

Lekcja składa się z teorii i zadań maturalnych. Sprawdź tutaj. Wszystkie kursy znajdziesz na mojej platformie do nauki online: kursy.paniodchemii.pl.

Podobał Ci się wpis? Nie bądź Janusz, daj lajka i podziel się z innymi

2 thoughts

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *