Разница между гибридной и вырожденной орбиталями

ключевое отличие между гибридными и вырожденными орбиталями заключается в том, что гибридные орбитали - это новые орбитали, которые образуются в результате смешения двух или более орбиталей, тогда как вырожденные орбитали изначально существуют в атоме.

Как следует из названия, гибридная орбиталь представляет собой гибрид двух или более орбиталей. Хотя название вырожденная орбиталь кажется одинаковым, они не являются вновь образованными орбитали - они уже существуют в атоме. Более того, все гибридные орбитали в молекуле имеют одинаковую энергию, в то время как вырожденные орбитали в атоме имеют одинаковую энергию.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое гибридные орбитали
3. Что такое вырожденные орбитали
4. Сравнение бок о бок - гибридные и вырожденные орбитали в табличной форме
5. Резюме

Что такое гибридные орбитали?

Гибридные орбитали - это орбитали, образованные комбинацией двух или более атомных орбиталей. Мы называем это комбинированным процессом гибридизации. До образования этих орбиталей атомные орбитали могут иметь разные энергии, но после образования все орбитали имеют одинаковую энергию. Например, s-атомная орбиталь и p-атомная орбиталь могут объединяться, образуя две sp-орбитали. S и p атомные орбитали имеют разные энергии (энергия s < energy of p). But, hybridization results in the formation of two sp orbitals having the same energy; 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.

Рисунок 01: Sp гибридизация

Идея гибридизации впервые появилась в дискуссии, потому что ученые обнаружили, что теория валентных связей не может правильно предсказать структуру некоторых молекул, таких как CH₄. Хотя атом углерода имеет только два неспаренных электрона в соответствии с его электронной конфигурацией, он может образовывать четыре ковалентные связи. Чтобы сформировать четыре связи, должно быть четыре неспаренных электрона. Единственный способ объяснить это явление - думать, что s и p-орбитали атома углерода сливаются друг с другом, образуя новые орбитали, называемые гибридными, которые имеют одинаковую энергию. Здесь один с + три р дает 4 сп³ орбитали. Следовательно, электроны заполняют эти гибридные орбитали равномерно (один электрон на гибридную орбиту), подчиняясь правилу Хунда. Тогда есть четыре электрона для образования четырех ковалентных связей с четырьмя атомами водорода.

Что такое вырожденные орбитали?

Дегигративные орбитали - это атомные орбитали, имеющие одинаковую энергию. Например, в p-орбитальной подоболочке есть три атомные орбитали, которые отличаются друг от друга в зависимости от пространственного расположения. Хотя энергия этих трех p-орбиталей одинакова, они расположены по-разному; поэтому мы называем их вырожденными орбитали.

Рисунок 02: Пространственное расположение трех p-орбиталей

Однако при наличии внешнего магнитного поля мы можем устранить вырождение. Это происходит потому, что вырожденные орбитали имеют тенденцию получать разные энергии в присутствии этого внешнего магнитного поля, и они больше не являются вырожденными орбитали. Кроме того, пять d-орбиталей в d-оболочке также являются вырожденными, потому что они имеют одинаковую энергию.

В чем разница между гибридными и вырожденными орбиталями?

Ключевое различие между гибридными и вырожденными орбиталями состоит в том, что гибридные орбитали являются новыми орбиталями, образованными смешением двух или более орбиталей, тогда как вырожденные орбитали являются орбиталями, которые изначально существуют в атоме. Кроме того, гибридные орбитали являются молекулярными, а вырожденные - атомными. Кроме того, гибридные орбитали представляют собой молекулярные орбитали, имеющие одинаковую энергию, в то время как вырожденные орбитали представляют собой атомные орбитали, имеющие одинаковую энергию. Например, sp, sp² и зр³ орбитали являются гибридными орбиталями, в то время как три р-орбитали в р-подоболочке.

Резюме - Гибрид против вырожденных орбиталей

Гибридные орбитали являются молекулярными, а вырожденные - атомными. Основное различие между гибридными и вырожденными орбиталями заключается в том, что гибридные орбитали образуются путем смешивания двух или более орбиталей, тогда как вырожденные орбитали изначально существуют в атоме.

Ссылка:

1. Хельменстин, Энн Мари. «Гибридное определение орбиты». ThoughtCo, 22 июня 2018 г., доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Sp-гибридизация» от Tem5psu - собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
2. «Px py pz orbitals», созданный Фондом CK-12 - Файл: High School Chemistry.pdf, стр. 268 (CC BY-SA 3.0) с помощью Commons Wikimedia