Різниця між теорією молекулярної орбіти та теорією гібридизації

The ключова різниця між теорією молекулярної орбіти та теорією гібридизації є те Теорія молекулярної орбіталі описує утворення зв'язкових та антизв'язкових орбіталей, тоді як теорія гібридизації описує утворення гібридних орбіталей.

Існують різні теорії, розроблені для визначення електронних та орбітальних структур молекул. Теорія VSEPR, теорія Льюїса, теорія валентних зв'язків, теорія гібридизації та теорія молекулярної орбіти - такі важливі теорії. Найбільш прийнятною серед них теорією є теорія молекулярної орбіти.

ЗМІСТ

1. Огляд та ключові відмінності
2. Що таке молекулярна орбітальна теорія 
3. Що таке теорія гібридизації
4. Порівняльне порівняння - молекулярно-орбітальна теорія проти теорії гібридизації
5. Підсумок

Що таке молекулярна орбітальна теорія?

Молекулярна орбітальна теорія - це техніка опису електронної будови молекул за допомогою квантової механіки. Це найбільш продуктивний спосіб пояснення хімічного зв’язку в молекулах. Давайте детально обговоримо цю теорію.

По-перше, ми повинні знати, що таке молекулярні орбіталі. Хімічний зв’язок утворюється між двома атомами, коли чиста приваблива сила між двома атомними ядрами та електронами між ними перевищує електростатичне відштовхування між двома атомними ядрами. В основному це означає, що привабливі сили між двома атомами повинні бути вищими, ніж сили відштовхування між цими двома атомами. Тут електрони повинні існувати в області, яка називається «область зв’язування», щоб утворювати цей хімічний зв’язок. Якщо ні, то електрони опиняться в «анти-зв'язуючій області», що допоможе відштовхувати силу між атомами.

Однак якщо вимоги виконуються і між двома атомами утворюється хімічний зв’язок, то відповідні орбіталі, що беруть участь у зв'язуванні, називаються молекулярними орбіталями. Тут ми можемо починати з двох орбіталей з двох атомів і закінчувати однією орбіталлю (молекулярною орбіталлю), яка належить обом атомам.

Згідно з квантовою механікою, атомні орбіталі не можуть з’являтися або зникати так, як ми хочемо. Коли орбіталі взаємодіють між собою, вони мають тенденцію відповідно змінювати свої форми. Але згідно з квантовою механікою вони вільні змінювати форму, але повинні мати однакову кількість орбіталей. Тоді нам потрібно знайти орбіту, що відсутня. Тут внутрішньофазна комбінація двох атомних орбіталей робить зв'язуючу орбітальну, тоді як позафазова комбінація утворює антизв'язуючу орбіталь.

Малюнок 01: Молекулярна орбітальна діаграма

Зв'язуючі електрони займають орбітальну зв'язок, в той час як електрони, що знаходяться в орбіталі, що не зв'язуються, не беруть участі у формуванні зв’язку. Швидше за все, ці електрони активно протистоять утворенню хімічного зв’язку. Орбітальний зв'язок має меншу потенційну енергію, ніж орбітальний зв'язок. Якщо ми розглянемо сигма-зв'язок, позначення орбітальної зв'язку дорівнює σ, а орбіталь, що зв'язується, - σ *. Ми можемо використовувати цю теорію для опису структури складних молекул, щоб пояснити, чому деякі молекули не існують (тобто Він₂) і порядок зв’язку молекул. Таким чином, цей опис коротко пояснює основи молекулярної теорії орбіти.

Що таке теорія гібридизації?

Теорія гібридизації - це техніка, яку ми використовуємо для опису орбітальної структури молекули. Гібридизація - це утворення гібридних орбіталей шляхом змішування двох або більше атомних орбіталей. Орієнтація цих орбіталей визначає геометрію молекули. Це розширення теорії валентних зв'язків.

До утворення атомних орбіталей вони мають різну енергію, але після утворення всі орбіталі мають однакову енергію. Наприклад, s атомна орбіталь і p атомна орбіталь можуть об'єднуватися, утворюючи дві орбіталі sp. Атомні орбіталі s і p мають різні енергії (енергія s < energy of p). But after the hybridization, it forms two sp orbitals which have the same energy, and this energy lies between the energies of individual s and p atomic orbital energies. Moreover, this sp hybrid orbital has 50% s orbital characteristics and 50% p orbital characteristics.

Малюнок 02: Зв'язок між гібридними орбіталями вуглецевого атома та s орбіталями атомів водню

Ідея гібридизації вперше вступила в дискусію, оскільки вчені зауважили, що теорія валентного зв'язку не спромоглася правильно передбачити структуру деяких молекул, таких як СН₄. Тут хоча атом вуглецю має лише два неспарені електрони відповідно до своєї електронної конфігурації, він може утворювати чотири ковалентні зв’язки. Щоб утворити чотири зв’язки, повинно бути чотири непарних електрона.

Єдиний спосіб пояснити це явище - думати, що s і p орбіталі атома вуглецю зливаються між собою, утворюючи нові орбіталі, які називаються гібридними орбіталями, які мають однакову енергію. Тут один s + три р дає 4 сп³ орбіталі. Тому електрони заповнюють ці гібридні орбіталі рівномірно (один електрон на гібридну орбіталь), підкоряючись правилу Гунда. Потім є чотири електрони для утворення чотирьох ковалентних зв’язків з чотирма атомами водню.

Яка різниця між молекулярною орбітальною теорією та теорією гібридизації?

Молекулярна орбітальна теорія - це техніка опису електронної структури молекул за допомогою квантової механіки. Теорія гібридизації - це техніка, яку ми використовуємо для опису орбітальної структури молекули. Отже, ключова відмінність теорії молекулярної орбіти від теорії гібридизації полягає в тому, що теорія молекулярної орбіти описує утворення зв'язкових та антизв'язкових орбіталей, тоді як теорія гібридизації описує утворення гібридних орбіталей.

Крім того, згідно з теорією молекулярної орбіти, нові орбітальні форми від змішування атомних орбіталей двох атомів, тоді як в теорії гібридизації нові орбітальні форми утворюють змішування атомних орбіталей того ж атома. Тому це ще одна відмінність між теорією молекулярної орбіти та теорією гібридизації.

Підсумок - Молекулярна орбітальна теорія проти теорії гібридизації

І молекулярна орбітальна теорія, і теорія гібридизації мають важливе значення при визначенні структури молекули. Ключова відмінність теорії молекулярної орбіти від теорії гібридизації полягає в тому, що теорія молекулярної орбіти описує формування зв'язуючих та антизв'язкових орбіталей, тоді як теорія гібридизації описує утворення гібридних орбіталей.

Довідка:

1. «Гібридизація». Хімія LibreTexts, Libretexts, 5 червня 2019 року, доступні тут.

Надано зображення:

1. “O2MolecularDiagramCR” від TCReuter - власна робота (CC BY-SA 4.0) через Wikimedia Commons
2. "Гібридизація Ch4" від К. Айнскаці в англійській Вікіпедії (Оригінальний текст: К. Аайнскаці) - Власна робота (Оригінальний текст: саморобний) (Загальнодоступне) через Commons Wikimedia