مسابقه 264
در این مسابقه می‌خواهیم با مفهوم هیبریداسیون بیش‌تر آشنا شویم و در ادامه روشی نیز برای محاسبه‌ی هیبریداسیون اتم مرکزی بیان کنیم. در پایان نیز با حل یک سؤال که مربوط به المپیاد سال 2012 آمریکاست دانسته‌هایمان را محک بزنیم.
 |
| ساختار اوربیتالی متان |
در شیمی هیبریداسیون به مفهوم ترکیب شدن دو اوربیتال با انرژی و شکل متفاوت (مثلا S,P) و ایجاد پیوند‌های بیش‌تر می‌باشد.
اما برای درک بهتر آن با یک مثال شروع می‌کنیم، عنصر کربن یکی از مهم‌ترین عناصر در جدول تناوبی می‌باشد که دارای عدد اتمی 6 می‌باشد که اگر دیاگرام اوربیتالی الکترونی‌اش که به صورت زیر است، رسم کنیم خواهیم دید که کربن تنها دو پیوند می‌دهد.
اما در متان دیدیم که کربن می‌تواند 4 پیوند بدهد، اما چگونه؟ برای انجام این اتفاق باید الکترون موجود در اوربیتال 2S وارد اوربیتال خالی موجود در 2P شود (وجود اوربیتال خالی برای هیبریداسیون الزامی است.) همان‌طور که در شکل می‌بینید دیاگرام اوربیتالی الکترونی کربن به صورت مقابل می‌شود.
حالا می‌تواند 4 پیوند بدهد. از دیاگرام بالا می‌توان متوجه شد که هیبریداسیون جدید دارای 3 اربیتال P و 2 اوربیتال S از 4 اوربیتال نیمه‌پرش می‌باشد ( که قابلیت ایجاد پیوند دارد) یعنی هیبریداسیون دارای 75 درصد خصلت اوربیتال P و 25 درصد خصلت اوربیتال S می‌باشد به همین دلیل این هیبریداسین را SP3 می‌گویند. (3=25/75) پس کربن در ترکیب متان دارای هیبریداسیون SP3 می‌باشد.
حال که با مفهوم هیبریداسیون و دلیل نامگذاری آن کمی آشنا شدیم، روشی ساده و کاربردی را برای یافتن هیبریداسیون ترکیب‌های مختلف مطرح می‌سازیم.
راحت‌ترین روش به جای این‌که دیاگرام اوربیتالی الکترونی اتم مرکزی را رسم کنیم این است که ساختار لوئیس ترکیب را بکشیم و سپس گروه‌های اطراف اتم مرکزی را بشمریم. این گروه‌ها شامل: جفت الکترون‌های آزاد و پیوند‌های یگانه، دوگانه و سه‌گانه می‌باشد. پس از شمردن آن‌ها بنابر عددی که بدست می‌آید هیبریداسیون اتم مرکزی به صورت زیر می‌شود:
عدد 2: هیبریداسیون sp عدد 3: هیبریداسیون sp2
عدد 4: هیبریداسیون sp3 عدد 5: هیبریداسیون sp3d
عدد 6: هیبریداسیون SP3d2
حال برای درک بهتر بیایید ترکیب H2SO4 (اسید سولفوریک) با هم هیبرید اتم مرکزی‌اش را بیابیم:
ساختار لوئیس ترکیب که به صورت زیر است(می‌توانید در صورت اشکال در ساختار لوئیس به مسابقه‌ی 255 رجوع کنید.)
همان‌طور که می‌بینید ما دارای دو پیوند یگانه و دو پیوند دوگانه (پیوند پی ان دارای رزونانس است) می‌باشیم که مجموعا می‌شود 4. عدد 4 نشان‌گر هیبریداسیون sp3 بود.
حالا آماده هستید که به سؤال زیر پاسخ دهید.
در کدام یک از گزینه‌های زیر اتم مرکزی دارای هیبریداسیون sp2 می‌باشد؟
1. BeF2
2. KrF2
3. CO2
4. SO2