Различие между молекулярной теорией орбиталей и теорией гибридизации

ключевое отличие между молекулярной теорией орбиталей и теорией гибридизации является то, что Теория молекулярных орбиталей описывает образование связующих и антисвязывающих орбиталей, в то время как теория гибридизации описывает образование гибридных орбиталей..

Существуют различные теории, разработанные для определения электронных и орбитальных структур молекул. Теория VSEPR, теория Льюиса, теория валентной связи, теория гибридизации и теория молекулярных орбиталей являются такими важными теориями. Наиболее приемлемая теория среди них - теория молекулярных орбит.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое молекулярно-орбитальная теория 
3. Что такое теория гибридизации
4. Сравнение бок о бок - теория молекулярных орбиталей и теория гибридизации
5. Резюме

Что такое молекулярно-орбитальная теория?

Теория молекулярных орбиталей - это метод описания электронной структуры молекул с использованием квантовой механики. Это наиболее продуктивный способ объяснить химическую связь в молекулах. Давайте обсудим эту теорию подробно.

Во-первых, нам нужно знать, что такое молекулярные орбитали. Химическая связь образуется между двумя атомами, когда суммарная сила притяжения между двумя атомными ядрами и электронами между ними превышает электростатическое отталкивание между двумя атомными ядрами. По сути, это означает, что силы притяжения между двумя атомами должны быть выше, чем силы отталкивания между этими двумя атомами. Здесь электроны должны существовать в области, называемой «область связывания», чтобы сформировать эту химическую связь. Если нет, электроны окажутся в «антисвязывающей области», что поможет отталкивающей силе между атомами.

Однако если требования выполняются и между двумя атомами образуется химическая связь, то соответствующие орбитали, участвующие в связывании, называются молекулярными орбиталями. Здесь мы можем начать с двух орбиталей двух атомов и в конечном итоге получить одну орбиту (молекулярную орбиту), которая принадлежит обоим атомам.

Согласно квантовой механике, атомные орбитали не могут появляться или исчезать, как мы хотим. Когда орбитали взаимодействуют друг с другом, они соответственно меняют свою форму. Но согласно квантовой механике, они могут свободно менять форму, но должны иметь одинаковое количество орбиталей. Тогда нам нужно найти недостающую орбиту. Здесь синфазная комбинация двух атомных орбиталей образует связующую орбиту, тогда как синфазная комбинация образует антисвязывающую орбиту.

Рисунок 01: Молекулярная орбитальная диаграмма

Связывающие электроны занимают связывающую орбиту, в то время как электроны на антисвязывающей орбитали не участвуют в образовании связи. Скорее, эти электроны активно противодействуют образованию химической связи. Связывающая орбита имеет более низкую потенциальную энергию, чем антисвязывающая орбита. Если мы рассмотрим сигма-связь, обозначение для связывающей орбитали равно σ, а антисвязывающая орбита σ *. Мы можем использовать эту теорию для описания структуры сложных молекул, чтобы объяснить, почему некоторые молекулы не существуют (то есть он₂) и порядок связи молекул. Таким образом, это описание кратко объясняет основы теории молекулярных орбит.

Что такое теория гибридизации?

Теория гибридизации - это метод, который мы используем для описания орбитальной структуры молекулы. Гибридизация - это формирование гибридных орбиталей путем смешивания двух или более атомных орбиталей. Ориентация этих орбиталей определяет геометрию молекулы. Это расширение теории валентных связей.

До образования атомных орбиталей они имеют 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 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.

Рисунок 02: Связь между гибридными орбиталями атома углерода и s орбиталями атомов водорода

Идея гибридизации впервые вошла в дискуссию, потому что ученые заметили, что теория валентной связи не смогла правильно предсказать структуру некоторых молекул, таких как CH₄. Здесь, 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 орбитали, 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.

В чем разница между теорией молекулярных орбиталей и теорией гибридизации?

Теория молекулярных орбиталей - это метод описания электронной структуры молекул с использованием квантовой механики. Теория гибридизации - это метод, который мы используем для описания орбитальной структуры молекулы. Итак, ключевое различие между молекулярной теорией орбиталей и теорией гибридизации заключается в том, что теория молекулярных орбиталей описывает образование связующих и антисвязывающих орбиталей, тогда как теория гибридизации описывает формирование гибридных орбиталей..

Кроме того, согласно теории молекулярных орбит, новые орбитальные формы образуются в результате смешения атомных орбиталей двух атомов, тогда как в теории гибридизации новые орбитальные формы образуют смешивание атомных орбиталей одного и того же атома. Следовательно, это еще одно различие между теорией молекулярной орбитали и теорией гибридизации..

Резюме - Теория молекулярных орбиталей против теории гибридизации

Как молекулярная теория орбиталей, так и теория гибридизации важны для определения структуры молекулы. Ключевое различие между молекулярной теорией орбиталей и теорией гибридизации заключается в том, что теория молекулярных орбиталей описывает образование связующих и антисвязывающих орбиталей, тогда как теория гибридизации описывает образование гибридных орбиталей..

Ссылка:

1. «гибридизация». Химия LibreTexts, Libretexts, 5 июня 2019 года, доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «O2MolecularDiagramCR» от TCReuter - собственная работа (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia
2. «Гибридизация Ch4» К. Аайнскаци из английской Википедии (Оригинальный текст: К. Айнскаци) - Собственная работа (Оригинальный текст: самостоятельно) (Общественное достояние) через Commons Wikimedia