Galvenā atšķirība starp molekulāro orbitāļu teoriju un hibridizācijas teoriju ir tāda, ka molekulāro orbitāļu teorija apraksta saistīšanas un pretsaites orbitāļu veidošanos, savukārt hibridizācijas teorija apraksta hibrīdu orbitāļu veidošanos.
Ir izstrādātas dažādas teorijas, lai noteiktu molekulu elektroniskās un orbitālās struktūras. VSEPR teorija, Lūisa teorija, valences saites teorija, hibridizācijas teorija un molekulārās orbitālās teorijas ir tik svarīgas teorijas. Vispieņemamākā teorija starp tām ir molekulārās orbitālās teorijas.
Kas ir molekulārās orbitālās teorijas?
Molekulāro orbitāļu teorija ir paņēmiens molekulu elektroniskās struktūras aprakstīšanai, izmantojot kvantu mehāniku. Tas ir visproduktīvākais veids, kā izskaidrot ķīmisko saiti molekulās. Apspriedīsim šo teoriju sīkāk.
Pirmkārt, mums ir jāzina, kas ir molekulārās orbitāles. Ķīmiskā saite veidojas starp diviem atomiem, ja neto pievilcības spēks starp diviem atomu kodoliem un elektroniem starp tiem pārsniedz elektrostatisko atgrūšanos starp diviem atomu kodoliem. Būtībā tas nozīmē, ka pievilcības spēkiem starp diviem atomiem jābūt lielākiem nekā atgrūšanas spēkiem starp šiem diviem atomiem. Šeit elektroniem ir jāpastāv reģionā, ko sauc par “saistīšanas reģionu”, lai veidotu šo ķīmisko saiti. Ja nē, elektroni atradīsies “pretsaistīšanas apgabalā”, kas palīdzēs atgrūdošajam spēkam starp atomiem.
Tomēr, ja prasības ir izpildītas un starp diviem atomiem veidojas ķīmiskā saite, tad atbilstošās saitē iesaistītās orbitāles sauc par molekulārajām orbitālēm. Šeit mēs varam sākt ar divām divu atomu orbitālēm un beigties ar vienu orbitāli (molekulāro orbitāli), kas pieder abiem atomiem.
Saskaņā ar kvantu mehāniku atomu orbitāles nevar parādīties vai pazust, kā mēs vēlamies. Kad orbitāles mijiedarbojas viena ar otru, tām ir tendence attiecīgi mainīt savu formu. Bet saskaņā ar kvantu mehāniku tie var brīvi mainīt formu, bet tiem ir jābūt vienādam orbitāļu skaitam. Tad mums jāatrod trūkstošā orbitāle. Šeit divu atomu orbitāļu fāzes kombinācija veido savienojošo orbitāli, bet ārpusfāzes kombinācija veido pretsaites orbitāli.
Attēls 01: molekulārā orbitālā diagramma
Saistošie elektroni aizņem saistīšanas orbitāli, savukārt anti-saites orbitāles elektroni nepiedalās saites veidošanā. Drīzāk šie elektroni aktīvi iebilst pret ķīmiskās saites veidošanos. Saistošajai orbitālei ir zemāka potenciālā enerģija nekā pretsaites orbitālei. Ja ņemam vērā sigma saiti, savienojošās orbitāles apzīmējums ir σ, bet pretsaites orbitāle ir σ. Mēs varam izmantot šo teoriju, lai aprakstītu sarežģītu molekulu struktūru, lai izskaidrotu, kāpēc dažas molekulas neeksistē (t.i., He2) un molekulu saišu secību. Tādējādi šis apraksts īsi izskaidro molekulārās orbitālās teorijas pamatojumu.
Kas ir hibridizācijas teorija?
Hibridizācijas teorija ir metode, ko izmantojam, lai aprakstītu molekulas orbitālo struktūru. Hibridizācija ir hibrīdu orbitāļu veidošanās, sajaucot divas vai vairākas atomu orbitāles. Šo orbitāļu orientācija nosaka molekulas ģeometriju. Tas ir valences saites teorijas paplašinājums.
Pirms atomu orbitāļu veidošanās tām ir dažādas enerģijas, bet pēc veidošanās visām orbitālēm ir vienāda enerģija. Piemēram, s atomu orbitāle un p atomu orbitāle var apvienoties, veidojot divas sp orbitāles. S un p atomu orbitālēm ir dažādas enerģijas (enerģija s < enerģija p). Bet pēc hibridizācijas tas veido divas sp orbitāles, kurām ir vienāda enerģija, un šī enerģija atrodas starp atsevišķu s un p atomu orbitālo enerģiju enerģijām. Turklāt šai sp hibrīdai orbitālai ir 50% s orbitālās īpašības un 50% p orbitālās īpašības.
Attēls 02: Saikne starp oglekļa atoma hibrīda orbitālēm un ūdeņraža atomu orbitālēm
Hidridizācijas ideja pirmo reizi tika apspriesta, jo zinātnieki novēroja, ka valences saites teorija nespēja pareizi paredzēt dažu molekulu, piemēram, CH4 struktūru. Šeit, lai gan oglekļa atomam ir tikai divi nepāra elektroni atbilstoši tā elektronu konfigurācijai, tas var veidot četras kovalentās saites. Lai izveidotu četras saites, ir jābūt četriem nepāra elektroniem.
Vienīgais veids, kā viņi varēja izskaidrot šo fenomenu, bija domāt, ka oglekļa atoma s un p orbitāles saplūst viena ar otru, veidojot jaunas orbitāles, ko sauc par hibrīdorbitālēm, kurām ir tāda pati enerģija. Šeit viens s + trīs p dod 4 sp3 orbitāles. Tāpēc elektroni vienmērīgi aizpilda šīs hibrīdās orbitāles (viens elektrons uz hibrīda orbitāli), ievērojot Hunda likumu. Tad ir četri elektroni četru kovalento saišu veidošanai ar četriem ūdeņraža atomiem.
Kāda ir atšķirība starp molekulāro orbitālo teoriju un hibridizācijas teoriju?
Molekulāro orbitāļu teorija ir paņēmiens molekulu elektroniskās struktūras aprakstīšanai, izmantojot kvantu mehāniku. Hibridizācijas teorija ir metode, ko mēs izmantojam, lai aprakstītu molekulas orbitālo struktūru. Tātad galvenā atšķirība starp molekulāro orbitāļu teoriju un hibridizācijas teoriju ir tāda, ka molekulāro orbitāļu teorija apraksta saistīšanas un pretsaites orbitāļu veidošanos, turpretim hibridizācijas teorija apraksta hibrīdu orbitāļu veidošanos.
Turklāt saskaņā ar molekulāro orbitāļu teoriju, divu atomu atomu orbitāļu sajaukšanās rezultātā rodas jaunas orbitāļu formas, savukārt hibridizācijas teorijā jaunas orbitālās formas veido viena atoma atomu orbitāļu sajaukšanos. Tāpēc šī ir vēl viena atšķirība starp molekulāro orbitālo teoriju un hibridizācijas teoriju.
Kopsavilkums - molekulārā orbitālā teorija pret hibridizācijas teoriju
Molekulas struktūras noteikšanā svarīga ir gan molekulārās orbitālās teorijas, gan hibridizācijas teorija. Galvenā atšķirība starp molekulāro orbitāļu teoriju un hibridizācijas teoriju ir tāda, ka molekulāro orbitāļu teorija apraksta saistīšanas un pretsaites orbitāļu veidošanos, turpretim hibridizācijas teorija apraksta hibrīdu orbitāļu veidošanos.
