Avainero molekyyliratateorian ja hybridisaatioteorian välillä on se, että molekyyliratateoria kuvaa sidos- ja sidosten vastaisten orbitaalien muodostumista, kun taas hybridisaatioteoria kuvaa hybridiorbitaalien muodostumista.
Molekyylien elektronisten ja orbitaalisten rakenteiden määrittämiseen on kehitetty erilaisia teorioita. VSEPR-teoria, Lewisin teoria, valenssisidosteoria, hybridisaatioteoria ja molekyyliratateoria ovat niin tärkeitä teorioita. Hyväksyttävin teoria niistä on molekyyliratateoria.
Mikä on molekyylikiertoteoria?
Molekyyliorbitaaliteoria on tekniikka, jolla kuvataan molekyylien elektronirakennetta kvanttimekaniikan avulla. Se on tuottavin tapa selittää molekyylien kemiallista sitoutumista. Keskustelkaamme tästä teoriasta yksityiskohtaisesti.
Ensinnäkin meidän on tiedettävä, mitä molekyyliorbitaalit ovat. Kemiallinen sidos muodostuu kahden atomin välille, kun kahden atomiytimen ja niiden välisten elektronien välinen nettovetovoima ylittää kahden atomiytimen välisen sähköstaattisen repulsion. Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että kahden atomin välisten vetovoimien tulisi olla suurempia kuin näiden kahden atomin välisten hylkimisvoimien. Tässä elektronien on oltava alueella, jota kutsutaan "sitoutumisalueeksi", muodostaakseen tämän kemiallisen sidoksen. Jos ei, elektronit ovat "sitoutumista estävällä alueella", mikä auttaa atomien välistä hylkivää voimaa.
Kuitenkin, jos vaatimukset täyttyvät ja kahden atomin välille muodostuu kemiallinen sidos, niin sidokseen osallistuvia vastaavia orbitaaleja kutsutaan molekyyliorbitaaleiksi. Tässä voimme aloittaa kahdella kahden atomin kiertoradalla ja päätyä yhteen orbitaaliin (molekyyliorbitaali), joka kuuluu molempiin atomeihin.
Kvanttimekaniikan mukaan atomiradat eivät voi ilmaantua tai kadota niin kuin haluaisimme. Kun kiertoradat ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, niillä on taipumus muuttaa muotoaan vastaavasti. Mutta kvanttimekaniikan mukaan ne voivat vapaasti muuttaa muotoaan, mutta niillä on oltava sama määrä kiertoradoja. Sitten meidän on löydettävä puuttuva orbitaali. Tässä kahden atomiorbitaalin samanvaiheinen yhdistelmä muodostaa sitoutuvan kiertoradan, kun taas vaiheen ulkopuolinen yhdistelmä muodostaa sitoutumista estävän orbitaalin.
Kuva 01: Molekyyliratakaavio
Sitoutuvat elektronit miehittävät sidosradan, kun taas sitoutumista estävän kiertoradan elektronit eivät osallistu sidoksen muodostumiseen. Pikemminkin nämä elektronit vastustavat aktiivisesti kemiallisen sidoksen muodostumista. Sidosorbitaalilla on pienempi potentiaalienergia kuin sitoutumista estävällä orbitaalilla. Jos tarkastelemme sigmasidosta, sidosorbitaalin denotaatio on σ ja sitoutumista estävän orbitaalin σ. Voimme käyttää tätä teoriaa kuvaamaan monimutkaisten molekyylien rakennetta selittääksemme, miksi joitain molekyylejä ei ole olemassa (eli He2) ja molekyylien sidosjärjestystä. Siten tämä kuvaus selittää lyhyesti molekyyliratateorian perustan.
Mikä on hybridisaatioteoria?
Hybridisaatioteoria on tekniikka, jota käytämme kuvaamaan molekyylin kiertoradan rakennetta. Hybridisaatio on hybridiorbitaalien muodostamista sekoittamalla kaksi tai useampia atomiorbitaalia. Näiden orbitaalien suuntaus määrittää molekyylin geometrian. Se on valenssisidosteorian laajennus.
Ennen atomiratojen muodostumista niillä on eri energiat, mutta muodostumisen jälkeen kaikilla kiertoradoilla on sama energia. Esimerkiksi s-atomiorbitaali ja p-atomiorbitaali voivat yhdistyä muodostamaan kaksi sp-orbitaalia. Atomiradalla s ja p on erilaiset energiat (s < p:n energia). Mutta hybridisaation jälkeen se muodostaa kaksi sp-orbitaalia, joilla on sama energia, ja tämä energia on yksittäisten s- ja p-atomien kiertoradan energioiden välillä. Lisäksi tällä sp-hybridiradalla on 50 % s kiertoradan ominaisuuksia ja 50 % p kiertoradan ominaisuuksia.
Kuva 02: Hiiliatomin hybridiradan ja vetyatomin kiertoradan välinen sidos
Ajatus hybridisaatiosta tuli ensimmäisen kerran keskusteluun, koska tiedemiehet havaitsivat, että valenssisidosteoria ei pystynyt ennustamaan oikein joidenkin molekyylien, kuten CH4, rakennetta. Vaikka hiiliatomilla on vain kaksi paritonta elektronia sen elektronikonfiguraation mukaan, se voi muodostaa neljä kovalenttista sidosta. Neljän sidoksen muodostamiseksi on oltava neljä paritonta elektronia.
Ainoa tapa selittää tämä ilmiö oli ajatella, että hiiliatomin s- ja p-kiertoradat sulautuvat toisiinsa muodostaen uusia kiertoradoja, joita kutsutaan hybridiorbitaaleiksi ja joilla on sama energia. Tässä yksi s + kolme p antaa 4 sp3 orbitaalia. Siksi elektronit täyttävät nämä hybridiorbitaalit tasaisesti (yksi elektroni hybridiradalla) Hundin sääntöä noudattaen. Sitten on neljä elektronia neljän kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi neljän vetyatomin kanssa.
Mitä eroa on molekyyliratateorialla ja hybridisaatioteorialla?
Molekyyliorbitaaliteoria on tekniikka, jolla kuvataan molekyylien elektronirakennetta kvanttimekaniikan avulla. Hybridisaatioteoria on tekniikka, jota käytämme kuvaamaan molekyylin kiertoradan rakennetta. Joten avainero molekyyliratateorian ja hybridisaatioteorian välillä on se, että molekyyliratateoria kuvaa sidos- ja sidosorbitaalien muodostumista, kun taas hybridisaatioteoria kuvaa hybridiorbitaalien muodostumista.
Lisäksi molekyyliratateorian mukaan uudet kiertoradat muodostuvat kahden atomin atomiorbitaalien sekoittumisesta, kun taas hybridisaatioteoriassa uudet kiertoradat muodostavat saman atomin atomikiertoratojen sekoittumisen. Siksi tämä on toinen ero molekyyliratateorian ja hybridisaatioteorian välillä.
Yhteenveto – Molekyyliratateoria vs. hybridisaatioteoria
Sekä molekyyliratateoria että hybridisaatioteoria ovat tärkeitä määritettäessä molekyylin rakennetta.avainero molekyyliratateorian ja hybridisaatioteorian välillä on se, että molekyyliratateoria kuvaa sidos- ja sidosten vastaisten orbitaalien muodostumista, kun taas hybridisaatioteoria kuvaa hybridiorbitaalien muodostumista.
