Гибридизация атомных орбиталей

Гибридизация атомных орбиталей (АО) - это смешение АО разных подуровней атома, электроны которых участвуют в образовании эквивалентных химических связей. Эквивалентность гибридных орбиталей (ГО) объясняет эквивалентность образующихся химических связей. Например, в случае четырехвалентного атома углерода имеем один 2s и три 2p электрона. Чтобы объяснить эквивалентность связей, образованных углеродов в молекулах CH₄, CF₄ и т.д., атомные s- и p-орбитали заменяют эквивалентными гибридными sp³-орбиталями.

C^* 2s¹2p³ _{­ ­ ­ ­} ® C^* 2s¹2p³ _{­ ­ ­ ­}

Гибридизация позволяет установить геометрию молекул, так как вследствие направленности ковалентной связи углы между связями равны углам между гибридными орбиталями.

Направленность ковалентной связи состоит в том, что она образуется в направлении максимального перекрывания орбиталей, образующих общую пару электронов.

В зависимости от типа гибридизации гибридные орбитали имеют определенное расположение в пространстве:

sp - линейное, угол между орбиталями 180^о

sp² - треугольное, углы между орбиталями 120^о

sp³ - тетраэдрическое, углы между орбиталями 109^о

sp³d¹ - тригонально-бипирамидальное, углы 90^о и 120^о

sp²d¹ - квадратное, углы между орбиталями 90^о

sp³d² - октаэдрическое, углы между орбиталями 90^о.

Пример - химическая связь в молекуле BF₃.

Атом бора в основном состоянии имеет лишь один неспаренный электрон, а в возбужденном состоянии - три неспаренных электронов, что соответствует валентности бора в BF₃.

B 2s²2p¹ _{¯ ­ ­} ® B^* 2s¹2p² _{­ ­ ­}

Неспаренные электроны атома бора находятся на различных (s- и p-) орбиталях, а связи B-F в молекуле BF₃ одинаковые. Это объясняется sp²-гибридизацией АО, когда из одной s-АО и двух р-АО образуются три sp²-гибридные орбитали, имеющие одинаковую энергию и располагающиеся в пространстве под углом 120^о.

B^* 2s¹2p² _{­ ­ ­} ® B^* 2s¹2p² _{­ ­ ­}

Три неспаренных электрона на гибридных орбиталях бора взаимодействуют с неспаренными р-электронами фтора с образованием трех ковалентных связей. В силу направленности ковалентных связей эти три связи будут располагаться под тем же углом 120^о, что и гибридные орбитали, и молекула BF₃ будет иметь плоское строение с углами 120^о между связями.