Forskel mellem molekylær orbital teori og hybridiseringsteori

Det vigtigste forskel mellem molekylær orbital teori og hybridiseringsteori er det molekylær orbital teori beskriver dannelsen af ​​binding og anti-binding orbitaler, mens hybridiseringsteori beskriver dannelsen af ​​hybrid orbitaler.

Der er forskellige teorier, der er udviklet til at bestemme de elektroniske og orbitale strukturer i molekyler. VSEPR-teori, Lewis-teori, valensbindingsteori, hybridiseringsteori og molekylær orbital teori er så vigtige teorier. Den mest acceptable teori blandt dem er molekylær orbital teori.

INDHOLD

1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er molekylær orbital teori 
3. Hvad er hybridiseringsteori
4. Sammenligning side ved side - Molecular Orbital Theory vs Hybridization Theory
5. Resume

Hvad er molekylær orbital teori?

Molekylær orbital teori er en teknik til at beskrive den elektroniske struktur af molekyler ved hjælp af kvantemekanik. Det er den mest produktive måde at forklare kemisk binding i molekyler på. Lad os diskutere denne teori detaljeret.

Først skal vi vide, hvad molekylære orbitaler er. En kemisk binding dannes mellem to atomer, når den netto attraktive kraft mellem to atomkerner og elektronerne derimellem overstiger den elektrostatiske frastødning mellem to atomkerner. Grundlæggende betyder det, at de attraktive kræfter mellem to atomer skal være højere end de frastødende kræfter mellem disse to atomer. Her skal elektronerne eksistere i et område kaldet "bindingsregion" for at danne denne kemiske binding. Hvis ikke, vil elektronerne være i det "anti-bindende område", hvilket vil hjælpe den frastødende kraft mellem atomerne.

Hvis kravene imidlertid er opfyldt, og der dannes en kemisk binding mellem to atomer, kaldes de tilsvarende orbitaler involveret i binding molekylære orbitaler. Her kan vi starte med to orbitaler med to atomer og ende med en orbital (den molekylære orbital), der hører til begge atomer.

I henhold til kvantemekanik kan atom orbitaler ikke vises eller forsvinde, som vi ønsker det. Når orbitaler interagerer med hinanden, har de en tendens til at ændre deres form i overensstemmelse hermed. Men ifølge kvantemekanikken er de frie til at ændre form, men er nødt til at have det samme antal orbitaler. Så er vi nødt til at finde den manglende orbital. Her gør in-fase-kombinationen af ​​de to atomiske orbitaler bindingen til orbital, mens kombinationen af ​​fase udgør den anti-bindende orbital.

Figur 01: Molekylært orbitalt diagram

Bindingselektronerne optager den bindende orbital, mens elektronerne i det anti-bindende orbital ikke deltager i bindingsdannelse. Snarere imod disse elektroner aktivt mod dannelsen af ​​den kemiske binding. Den bindende orbital har lavere potentiel energi end den anti-bindende orbital. Hvis vi overvejer en sigma-binding, er betegnelsen for binding af orbital σ, og den anti-bindende orbital er σ *. Vi kan bruge denne teori til at beskrive strukturen af ​​komplicerede molekyler til at forklare, hvorfor nogle molekyler ikke findes (dvs. He₂) og bindingsrækkefølgen for molekyler. Denne beskrivelse forklarer således kort grundlaget for den molekylære orbitalteori.

Hvad er hybridiseringsteori?

Hybridiseringsteori er en teknik, vi bruger til at beskrive molekylets orbitalstruktur. Hybridisering er dannelsen af ​​hybrid orbitaler ved at blande to eller flere atomiske orbitaler. Orienteringen af ​​disse orbitaler bestemmer molekylets geometri. Det er en udvidelse af valensbindingsteorien.

Før dannelsen af ​​de atomiske orbitaler har de forskellige energier, men efter dannelsen har alle orbitaler den samme energi. For eksempel kan en atomisk orbital og en atomisk orbital kombineres til dannelse af to sp-orbitaler. Atom orbitalerne s og p har forskellige energier (energi fra 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.

Figur 02: Binding mellem hybride orbitaler i et kulstofatom og s orbitaler af hydrogenatomer

Ideen om hybridisering gik først ind i diskussionen, fordi forskere observerede, at valensbindingsteorien ikke korrekt forudsagde strukturen af ​​nogle molekyler såsom CH₄. Selv om carbonatomet kun har to uparrede elektroner i henhold til dets elektronkonfiguration, kan det danne fire kovalente bindinger. For at danne fire bindinger skal der være fire uparrede elektroner.

Den eneste måde, de kunne forklare dette fænomen på, var at tænke, at s og p-orbitaler af carbonatom smeltes sammen med hinanden til dannelse af nye orbitaler kaldet hybrid orbitaler, der har den samme energi. Her giver en s + tre p 4 sp³ orbitaler. Derfor fylder elektronerne disse hybrid orbitaler jævnt (en elektron pr. Hybrid orbital) under overholdelse af Hund's regel. Så er der fire elektroner til dannelse af fire kovalente bindinger med fire hydrogenatomer.

Hvad er forskellen mellem molekylær orbital teori og hybridiseringsteori?

Den molekylære orbitalteori er en teknik til at beskrive den elektroniske struktur af molekyler ved hjælp af kvantemekanik. Hybridiseringsteori er en teknik, vi bruger til at beskrive molekylets orbitalstruktur. Så den vigtigste forskel mellem molekylær orbital teori og hybridiseringsteori er, at molekylær orbital teori beskriver dannelsen af ​​binding og anti-binding orbitaler, mens hybridiseringsteori beskriver dannelsen af ​​hybrid orbitaler.

Ifølge den molekylære orbitalteori danner nye orbitalformer fra blanding af atomare orbitaler i to atomer, mens nye orbitalformer i hybridiseringsteori danner blanding af atomiske orbitaler i det samme atom. Derfor er dette en anden forskel mellem molekylær orbital teori og hybridiseringsteori.

Resume - Molecular Orbital Theory vs Hybridization Theory

Både molekylær orbital teori og hybridiseringsteori er vigtige for bestemmelse af strukturen af ​​et molekyle. Den vigtigste forskel mellem molekylær orbital teori og hybridiseringsteori er, at molekylær orbital teori beskriver dannelsen af ​​binding og anti-bindende orbitaler, mens hybridiseringsteori beskriver dannelsen af ​​hybrid orbitaler.

Reference:

1. ”Hybridisering”. Kemi LibreTexts, Libretexts, 5. juni 2019, tilgængelig her.

Billede høflighed:

1. “O2MolecularDiagramCR” Af TCReuter - Eget arbejde (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
2. “Ch4 hybridisering” af K. Aainsqatsi på engelsk Wikipedia (originaltekst: K. Aainsqatsi) - Eget arbejde (originaltekst: self-made) (Public Domain) via Commons Wikimedia