Karbonhybridisering består av en omorganisering av elektroner fra samme energinivå til orbitalen til det siste energinivået. Hybridorbitalene forklarer måten elektronene er ordnet i dannelsen av bindingene, innenfor valensbindingsteorien, sammensatt av flytende nitrogen som gjør at de deler dem med et hvilket som helst annet kjemisk element, det være seg en alkan eller et oksidasjonsmiddel.
Karbon er lokalisert i gruppe IV A, har et atomnummer på 6 og et massenummer på 12; i kjernen har den 6 protoner og 6 nøytroner , og den er omgitt av 6 elektroner , fordelt på to nivåer: to i 1s, to i 2s og to i 2p. Nivå to-orbitalene får en konformasjon kalt hybridisering, hvor de 4 elektronene på det andre nivået er innkvartert i en hybridorbital kalt sp.
Karbon har evnen til å dele fire valenselektroner og danne fire sterke kovalente bindinger; I tillegg kan karbonatomer gå sammen og danne lange kjeder og ringer. Men i motsetning til alle andre grunnstoffer, kan karbon danne en lang rekke forbindelser, fra de enkleste til de mest komplekse, for eksempel: fra metan , med ett karbonatom, til deoksyribonukleinsyre (DNA). ) , som inneholder mer enn 100 hundrevis av millioner av karbon. [ 1 ]
Først må vi definere hva grunntilstanden og den eksiterte tilstanden består av:
Et eksitert tilstandsatom er et atom der ett av elektronene har blitt forfremmet til et høyere energinivå.
Mens grunntilstanden eller grunntilstanden er den laveste energitilstanden der et atom, molekyl eller gruppe av atomer kan finnes uten å absorbere eller avgi energi, kort sagt i sin reneste tilstand.
Den elektroniske konfigurasjonen i sin naturlige tilstand er:
Dens elektronkonfigurasjon i eksitert tilstand er:
I naturen fordeler disse typene atomer elektronene sine.
Hybridisering er en lov som brukes i kjemi, som lar oss demonstrere geometrien og egenskapene til noen molekyler som ikke kan demonstreres i valensbindingsteori. Hybridisering består i å tilskrive sammensetningen av rene atomorbitaler av samme atom for å oppnå hybride atomorbitaler. I følge teorien om valensbindings maksimal frastøting frastøter elektronpar og ensomme elektroner rundt kjernen til et atom hverandre i så stor vinkel som mulig. I disse forbindelsene har man sett at de normalt er nær 109º, 120º og 180º. [ 2 ] For at hybridisering skal finne sted, må karbonatomet gå fra grunntilstanden til en aktivert tilstand når energi tilføres. Det finnes flere typer hybridisering som involverer s, p og d atomorbitaler av samme atom.
Sp³-hybridisering er definert som foreningen av en s orbitaler med tre p-orbitaler (px , p og yp z ) for å danne fire sp 3 -hybridorbitaler med ett elektron hver.
s- og p-atomorbitalene kan danne tre typer hybridisering, dette avhenger av antall orbitaler som kombineres. Så hvis du kombinerer en ren s-atomorbitaler med tre rene p-orbitaler, får du fire sp3 hybridorbitaler med en maksimal separasjonsvinkel på omtrent 109,5º, dette er en av egenskapene til alkaner.
Hver av disse nye orbitalene kalles sp³, fordi de har 25 % S -karakter og 75 % P- karakter . Denne nye konfigurasjonen kalles et hybrid karbonatom, og transformasjonsprosessen kalles hybridisering .
På denne måten kan hver av de fire sp³ hybridorbitalene av karbon binde seg til et annet atom, det vil si at karbon kan binde seg til 4 andre atomer, og dermed forklare tetravalensen til karbonatomet .
På grunn av deres hybridtilstand, og fordi de har 4 valenselektroner for å danne enkle kovalente bindinger, kan de danne kjeder med en ubegrenset variasjon mellom seg: lineære kjeder, forgrenede kjeder, ringer, etc. Enkeltbindinger – CC – er kjent som sigma-bindinger.
Alt dette går ut på å blande ett atom med et annet.
Det er kombinasjonen av en s orbitaler med to p orbitaler (p x og p y ) for å danne tre hybridorbitaler av sp 2. Sp 2 hybridorbitaler danner en likesidet trekant.
Karbonatomer kan også danne bindinger med hverandre kalt umetninger:
- Dobler: der hybridisering skjer mellom 2s-orbitalen og to 2p-orbitaler, og etterlater en p-orbital uhybridisert, vil 3 sp²-orbitaler bli produsert. Denne nye strukturen er representert som en Johnson-oktett 2p6 og en oktavalent 2p¹.
Når dobbeltbindingen dannes mellom to atomer, orienterer hver sine tre hybridorbitaler i en vinkel på 120°, som om de peker mot toppene i en likesidet trekant. Den uhybridiserte p-orbitalen er vinkelrett på planet til de 3 sp²-orbitalene.
Dannelsen av disse bindingene er resultatet av foreningen av en atomær s orbital med en ren p orbital (p x ), dette tillater dannelsen av to sp hybrid orbitaler med ett elektron hver og en maksimal frastøtning mellom dem på 180°, gjenværende to rene p-orbitaler med ett uhybridisert elektron hver.
Sp hybridorbitalene danner en lineær figur. Sp-hybridisering skjer på karbonatomer med en trippelbinding eller bedre kjent med en karbon-karbon trippelbinding i alkynfamilien.
Trippelbindingen er enda sterkere enn dobbeltbindingen, og avstanden mellom CC-er er mindre sammenlignet med avstandene til de andre hybridiseringene.
Foreningen mellom karbonatomer gir opphav til tre geometrier avhengig av koblingen deres:
Det gir også opphav til tre forskjellige koblinger avhengig av hybridiseringen:
I sin tur er gammabindinger involvert. Dette danner enkle doble og trippel lineære kjeder som eksisterer forgrenet.