Teorie hybridizace

Teorie_hybridizace.odt
Stavba elektronového obalu - doplnění
Základní stav atomu
• nejstálejší stav atomu, s nejmenší možnou energií.
Excitované stavy atomů
• vznikají, jestliže atom pohltí určité množství energie, pak může dojít k vybuzení jednoho nebo
více elektronů do energeticky bohatších orbitalů
• pokud atom absorboval větší energii než odpovídá přeskoku elektronu do energeticky nejbohatšího
stavu, potom elektron uniká z oblasti přitažlivosti jádra a atom se mění na kation
• excitovaný stav je nestálý, elektrony se rychle vrací na nižší energetickou úroveň a rozdíl obou
energií se projeví jako záření - emisní spektrum.
• každá čára spektra odpovídá přeskoku elektronu z energeticky bohatší hladiny na hladinu s menší
energií
• u každého atomu může existovat velký počet excitovaných stavů. Pro vlastnosti prvků jsou
nejdůležitější tzv. valenční excitované stavy, které mají vliv na vytváření chemických vazeb
(označují se *), protože tvorbou valenčních excitovaných stavů se zvyšuje počet nespárovaných
elektronů.
• při vzniku valenčních excitovaných stavů prvek excituje valenční elektrony do prázdných
orbitalů valenční vrstvy (se stejným n jako n valenčních elektronů, u základních prvků se n
shoduje s číslem periody, v níž se daný prvek nachází, v pořadí s → p → d → f).
• u některých prvků existuje více valenčních excitovaných stavů (např. S), některé netvoří
valenční excitovaný stav (např. F)
1/4

Teorie_hybridizace.odt
Teorie hybridizace
• umožňuje předpovědět prostorové uspořádání atomů v molekule
• vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb z energeticky rozdílných orbitalů
Molekula CH 4 - vysvětlení čtyřvaznosti atomu C
Centrální atom - uhlík.
6C: [ 2 He] 2s 2 2p 2 ; 6C: .
Ze stavby valenční vrstvy atomu C vyplývá, že atom uhlíku má v základním stavu dva nepárové
elektrony, proto bychom předpokládali, že bude schopen tvořit dvě kovalentní chemické vazby.
Ale víme, že atom uhlíku tvoří čtyři kovalentní vazby. Experimentálně bylo zjištěno, že tyto vazby jsou
rovnocenné (stejná délka a energie) a směřují k atomům vodíku do vrcholů pravidelného tetraedru, v
jehož středu se nachází atom uhlíku.
* 6 C:
V prvním excitovaném stavu má atom uhlíku čtyři nepárové elektrony v orbitalech 2s a 2p.
Energie potřebná k excitaci a vytvoření valenčního excitovaného stavu musí být menší než energie uvolněná při vzniku
chemické vazby (= vazebná energie).
Orbitaly 2s a 2p se od sebe energeticky liší. Navíc jsou naprosto rozdílné svým tvarem. To znamená, že
i chemické vazby v molekule CH 4 by měly být rozdílné (různě pevné, různě prostorově orientované).
Ve skutečnost jsou všechny čtyři chemické vazby rovnocenné.
Tento rozpor mezi očekávanou a skutečnou situací vysvětluje teorie hybridizace.
Podle této teorie se všechny valenční orbitaly, obsahující alespoň jeden elektron, tvarově a energeticky
sjednocují (s výjimkou orbitalů podílejících se na vazbách π – viz dále).
Hybridizace je energetické a tvarové sjednocení orbitalů různých typů.
V případě atomu uhlíku se hybridizuje (energeticky a tvarově sjednocuje) jeden orbital 2s se třemi
orbitaly 2p a vzniknou energeticky i tvarově stejné orbitaly, každý s jedním elektronem.
Označujeme je sp 3 . Hovoříme o hybridizaci typu SP 3 .
Energie hybridních orbitalů je vždy průměrem energií původních atomových orbitalů.
Energetický stav atomu charakterizovaný hybridními orbitaly se označují jako valenční stav. Přechod
atomu z excitovaného stavu do valenčního stavu vyžaduje další energii (která se více než uhradí energií
uvolněnou při tvorbě vazeb).
Hybridní orbitaly sp 3 mají (stejně jako jiné HO vzniklé lineární kombinací AO s a p) shodný tvar.
2/4

Teorie_hybridizace.odt
Podobají se orbitalu p, odlišují se však od něho velikostí svých výběžků. Zvětšení jedné části HO sp 3 ve
srovnání se samotnými AO s a p => lepší překryvová schopnost při tvorbě vazby.
Molekuly s centrálním atomem v hybridním stavu sp 3 mají tvar tetraedru (pravidelný čtyřstěn).
Pravidla
1. Hybridizují valenční orbitaly, které
• se podílejí na vzniku chemické vazby (sigma),
• jsou valenční, na vzniku vazby se nepodílí a obsahují elektron nebo elektronový
pár (nevazebný).
2. Nehybridizují orbitaly, které vytváří vazbu pí ( jsou-li orbitaly vytvářející vazby π různého druhu,
hybridizují se samostatně, tvar strukturní jednotky je však určen pouze hybridním stavem orbitalů tvořících
vazby σ)
3. Energie hybridujících orbitalů nesmí být příliš rozdílná, zpravidla hybridizují AO z téže n-
kvantové sféry (např 4s, 4p), nebo se sice v hlavním kvantovém čísle o 1 liší, ale leží v oblasti
energetického pronikání dvou různých kvantových sfér atomu (např. 4s, 3d).
4. Hybridizující orbitaly musí mít vhodnou symetrii.
AO HO Počet HO Tvar
s, p sp 2 přímka
s, p, p sp 2 3 rovnostranný trojúhelník
s, p, p, p sp 3 4 tetraedr
s, p, p, p, d sp 3 d 5 trigonální bipyramida
s, p, p, p, d, d sp 3 d 2 6 oktaedr
Deformace vazebných úhlů
Jednotlivé elektronové páry ve valenční vrstvě středového atomu se soustřeďují do prostoru tak, aby
byly co nejdále od sebe a co nejméně se odpuzovaly.
• nevazebný elektronový pár odpuzuje ostatní elektronové páry více než pár vazebný
• dvojné a trojné vazby mají větší odpudivý účinek vůči ostatním elektronovým párům než vazby
jednoduché
• odpuzování elektronových párů ve valenční vrstvě středového atomu se zmenšuje v pořadí:
nevazebný pár – nevazebný pár > nevazebný pár – vazebný pár > vazebný pár – vazebný pár
3/4

Teorie_hybridizace.odt
Algoritmus postupu
1. Určit centrální atom (CA):
Centrální atom v = počet valenčních
elektronů
n = počet nevazebných
elektronových párů
s = počet sigma
vazeb z CA
počet pí vazeb z
CA
2. Napsat zkrácený zápis elektronové konfigurace CA pomocí rámečků.
3. Rozhodnout o eventuální nutnosti excitovat.
4. Podle pravidel hybridizace určit správný typ hybridizace centrálního atomu a odvodit tvar
molekuly (hybridizace okrajových atomů (ležících ve vrcholech) se neurčuje, i když k ní také dochází, neboť
nemá vliv na tvar molekuly).
a) rámečkem obtáhnout hybridizující se orbitaly
b) napsat typ hybridizace
c) napsat název tvaru
d) nakreslit tvar molekuly
5. Rozhodnout o případné deformaci vazebných úhlů.
4/4