Pagrindinis skirtumas tarp molekulinės orbitos teorijos ir hibridizacijos teorijos yra tas, kad molekulinės orbitos teorija aprašo jungiamųjų ir antisujungimo orbitalių susidarymą, o hibridizacijos teorija – hibridinių orbitų susidarymą.
Yra įvairių teorijų, skirtų nustatyti elektronines ir orbitines molekulių struktūras. VSEPR teorija, Lewiso teorija, valentinio ryšio teorija, hibridizacijos teorija ir molekulinės orbitos teorija yra tokios svarbios teorijos. Tarp jų priimtiniausia teorija yra molekulinės orbitos teorija.
Kas yra molekulinės orbitos teorija?
Molekulinių orbitų teorija – tai molekulių elektroninės struktūros aprašymo metodas naudojant kvantinę mechaniką. Tai produktyviausias būdas paaiškinti molekulių cheminį ryšį. Aptarkime šią teoriją išsamiai.
Pirma, turime žinoti, kas yra molekulinės orbitos. Cheminis ryšys susidaro tarp dviejų atomų, kai grynoji traukos jėga tarp dviejų atomų branduolių ir tarp jų esančių elektronų viršija elektrostatinį atstūmimą tarp dviejų atomų branduolių. Iš esmės tai reiškia, kad traukos jėgos tarp dviejų atomų turėtų būti didesnės nei atstumiančios jėgos tarp šių dviejų atomų. Čia elektronai turi egzistuoti regione, vadinamame „rišamąja sritimi“, kad susidarytų ši cheminė jungtis. Jei ne, elektronai bus „surišimo srityje“, o tai padės sukurti atstumiančią jėgą tarp atomų.
Tačiau jei tenkinami reikalavimai ir tarp dviejų atomų susidaro cheminis ryšys, atitinkamos surišime dalyvaujančios orbitalės vadinamos molekulinėmis orbitomis. Čia galime pradėti nuo dviejų orbitalių iš dviejų atomų ir baigti viena orbitale (molekuline orbitale), kuri priklauso abiem atomams.
Pagal kvantinę mechaniką atominės orbitos negali atsirasti arba išnykti taip, kaip mes norime. Kai orbitos sąveikauja viena su kita, jos linkusios atitinkamai keisti savo formas. Tačiau pagal kvantinę mechaniką jie gali laisvai keisti formą, tačiau turi turėti tiek pat orbitų. Tada turime rasti trūkstamą orbitą. Čia dviejų atominių orbitalių fazių derinys sudaro jungiamąją orbitalę, o nefazių derinys sudaro antisujungimo orbitalę.
01 pav.: molekulinė orbitinė diagrama
Surišimo elektronai užima jungiamąją orbitalę, o antisujungimo orbitoje esantys elektronai nedalyvauja formuojant ryšį. Atvirkščiai, šie elektronai aktyviai priešinasi cheminės jungties susidarymui. Ryšio orbitalė turi mažesnę potencialią energiją nei anti-sujungimo orbitalė. Jei svarstysime sigma ryšį, jungiamosios orbitalės žymėjimas yra σ, o anti-sujungimo orbitalė yra σ. Šia teorija galime apibūdinti sudėtingų molekulių struktūrą, kad paaiškintume, kodėl kai kurios molekulės neegzistuoja (t. y. He2) ir molekulių ryšių tvarką. Taigi šis aprašymas trumpai paaiškina molekulinės orbitos teorijos pagrindą.
Kas yra hibridizacijos teorija?
Hibridizacijos teorija yra metodas, kurį naudojame molekulės orbitinei struktūrai apibūdinti. Hibridizacija – tai hibridinių orbitalių susidarymas sumaišant dvi ar daugiau atominių orbitalių. Šių orbitalių orientacija lemia molekulės geometriją. Tai valentinio ryšio teorijos išplėtimas.
Prieš susidarant atominėms orbitoms jos turi skirtingą energiją, tačiau susidarius visos orbitalės turi tą pačią energiją. Pavyzdžiui, s atominė orbitalė ir p atominė orbitalė gali susijungti ir sudaryti dvi sp orbitales. S ir p atomų orbitalės turi skirtingą energiją (s < energija p). Tačiau po hibridizacijos susidaro dvi sp orbitalės, kurių energija yra tokia pati, ir ši energija yra tarp atskirų s ir p atominės orbitos energijų. Be to, ši sp hibridinė orbita turi 50 % s orbitos charakteristikas ir 50 % p orbitos charakteristikas.
02 pav. Ryšys tarp anglies atomo hibridinių orbitalių ir vandenilio atomų orbitalių
Hibridizacijos idėja pirmiausia buvo pradėta diskutuoti, nes mokslininkai pastebėjo, kad valentinio ryšio teorija nesugebėjo teisingai numatyti kai kurių molekulių, tokių kaip CH4, struktūros. Čia, nors anglies atomas turi tik du nesuporuotus elektronus pagal savo elektronų konfigūraciją, jis gali sudaryti keturis kovalentinius ryšius. Kad susidarytų keturi ryšiai, turi būti keturi nesuporuoti elektronai.
Vienintelis būdas, kuriuo jie galėjo paaiškinti šį reiškinį, buvo manyti, kad s ir p anglies atomo orbitalės susilieja viena su kita, sudarydamos naujas orbitales, vadinamas hibridinėmis orbitomis, kurių energija yra tokia pati. Čia vienas s + trys p suteikia 4 sp3 orbitales. Todėl elektronai užpildo šias hibridines orbitales tolygiai (vienas elektronas vienoje hibridinėje orbitale), paklusdami Hundo taisyklei. Tada keturi elektronai sudaro keturis kovalentinius ryšius su keturiais vandenilio atomais.
Kuo skiriasi molekulinės orbitos teorija ir hibridizacijos teorija?
Molekulinės orbitos teorija yra molekulių elektroninės struktūros aprašymo metodas, naudojant kvantinę mechaniką. Hibridizacijos teorija yra metodas, kurį naudojame molekulės orbitinei struktūrai apibūdinti. Taigi pagrindinis skirtumas tarp molekulinės orbitos teorijos ir hibridizacijos teorijos yra tas, kad molekulinės orbitos teorija aprašo jungiamųjų ir antisujungimų orbitalių susidarymą, o hibridizacijos teorija aprašo hibridinių orbitų susidarymą.
Be to, remiantis molekulinių orbitų teorija, susimaišius dviejų atomų atominėms orbitoms susidaro naujos orbitos, o hibridizacijos teorijoje naujos orbitos formuoja susimaišius to paties atomo atominėms orbitoms. Todėl tai dar vienas skirtumas tarp molekulinės orbitos teorijos ir hibridizacijos teorijos.
Santrauka – molekulinės orbitos teorija prieš hibridizacijos teoriją
Tiek molekulinės orbitos teorija, tiek hibridizacijos teorija yra svarbios nustatant molekulės struktūrą. Pagrindinis skirtumas tarp molekulinės orbitos teorijos ir hibridizacijos teorijos yra tas, kad molekulinės orbitos teorija aprašo jungiamųjų ir antirišančių orbitalių susidarymą, o hibridizacijos teorija aprašo hibridinių orbitalių susidarymą.
