Ìdàpọ̀ Orbítà àti Àwọn Ìsopọ̀ Sígímà àti Pí: Àwọn Orbítà Lẹ́yìn Ìrísí Mọ́lẹ́kùùlù

Àwọn ìsopọ̀ bí àwọn orbítà tó ń bò mọ́ ara wọn

Ẹ̀kọ́ ìsopọ̀ fálẹ́ǹsì ń ṣàpèjúwe ìsopọ̀ kófálẹ́ǹtì bí ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù méjì tí ìyípo-ara wọn jẹ́ òdìkejì nínú agbègbè tí àwọn orbítà lórí átọ̀mù méjì ti bò mọ́ ara wọn. Ìbòmọ́ra náà ń kó ìṣùpọ̀ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù jọ sí àárín àwọn nukilíọ̀sì, níbi tí ó ti ń fa méjèèjì. Ìbòmọ́ra tó pọ̀ jù sábà túmọ̀ sí ìsopọ̀ tó lágbára jù.

Ìbòmọ́ra lè ṣẹlẹ̀ ní ọ̀nà méjì. Nínú ìsopọ̀ sígímà (σ), àwọn orbítà ń pàdé ní orí-sí-orí, lórí ìlà tó so àwọn nukilíọ̀sì pọ̀, nítorí náà ìṣùpọ̀ ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù pọ̀ jù lórí ìlà ìpìlẹ̀ yẹn. Nínú ìsopọ̀ pí (π), orbítà p méjì tó tẹ̀ lé ara wọn ní títọ́ ń bò mọ́ ara wọn ní ẹ̀gbẹ́-sí-ẹ̀gbẹ́, nítorí náà ìṣùpọ̀ náà wà lókè àti nísàlẹ̀ ìlà ìpìlẹ̀, pẹ̀lú pẹrẹsẹ nódù tó ní ìlà ìpìlẹ̀ náà nínú. Gbogbo ìsopọ̀ kan jẹ́ ìsopọ̀ σ.

Ìdí tí àwọn orbítà 2s àti 2p kábọ́nù fi gbọ́dọ̀ dàpọ̀

Àwọn orbítà fálẹ́ǹsì kábọ́nù jẹ́ 2s kan àti 2p mẹ́ta. Àwọn orbítà p mẹ́ta náà tọ́ka sí x, y àti z, ní 90° sí ara wọn. Tí àwọn ìsopọ̀ C–H mẹ́rin ti mẹ́tànì bá lò wọ́n tààrà, ìsopọ̀ mẹ́ta yóò wà ní 90°, ọ̀kan yóò sì yàtọ̀. Dípò bẹ́ẹ̀, gbogbo ìsopọ̀ mẹ́rin nínú CH₄ jọra, wọ́n sì wà ní 109.5° síra.

Ìdàpọ̀ orbítà ń yanjú èyí. Dída orbítà 2s pọ̀ mọ́ gbogbo orbítà 2p mẹ́ta ní ìṣirò ń fún ni orbítà àdàpọ̀ sp³ mẹ́rin tó dọ́gba tí wọ́n tọ́ka sí àwọn igun tẹ́tíráhẹ́dírà. Iye àwọn orbítà àdàpọ̀ máa ń dọ́gba pẹ̀lú iye àwọn orbítà átọ̀mù tí a dàpọ̀ nígbà gbogbo. Orbítà sp³ kọ̀ọ̀kan ní ẹ̀ka ńlá kan tó ń bò mọ́ orbítà 1s hídírójìn dáadáa, ìdí nìyí tí àwọn orbítà àdàpọ̀ fi ń ṣẹ̀dá àwọn ìsopọ̀ σ tó lágbára.

Fífi ìdàpọ̀ orbítà lélẹ̀ láti nọ́ńbà sitẹ́rìkì

Ìdàpọ̀ orbítà tẹ̀lé iye àwọn àgbègbè ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù yí átọ̀mù kan ká, nọ́ńbà sitẹ́rìkì rẹ̀ láti VSEPR. Àwọn ìpéjú tí kò sopọ̀ ń ka bí àgbègbè, ìsopọ̀ púpọ̀ sì ń ka lẹ́ẹ̀kan. Nígbà tí o bá ti mọ nọ́ńbà sitẹ́rìkì, ìdàpọ̀ orbítà ti dájú.

Àwọn ìpéjú tí kò sopọ̀ tún ń gba àwọn orbítà àdàpọ̀, wọ́n sì ń tì àwọn ìsopọ̀ sún mọ́ra. OpenStax Chemistry 2e (Apá 8.2) fún ni 107.3° fún igun H–N–H nínú amóníà àti 104.5° fún H–O–H nínú omi, méjèèjì jẹ́ sp³ pẹ̀lú àwọn igun ìsopọ̀ nísàlẹ̀ 109.5° tó dára.

• Nọ́ńbà sitẹ́rìkì 2: sp, ìlà títọ́, 180°. s kan àti p kan ń dàpọ̀, tí ó fi orbítà p méjì tí a kò dàpọ̀ sílẹ̀. Orbítà sp kọ̀ọ̀kan ní ìwà s 50%.
• Nọ́ńbà sitẹ́rìkì 3: sp², onígun-mẹ́ta pẹrẹsẹ, 120°. s kan àti p méjì ń dàpọ̀, tí ó fi orbítà p kan sílẹ̀ ní ìdúró-ṣánṣán sí pẹrẹsẹ náà. Ìwà s 33%.
• Nọ́ńbà sitẹ́rìkì 4: sp³, tẹ́tíráhẹ́dírà, 109.5°. s kan àti p mẹ́ta ń dàpọ̀, tí kò fi ọ̀kankan sílẹ̀. Ìwà s 25%.
• A sábà máa ń sàmì sí àwọn nọ́ńbà sitẹ́rìkì 5 àti 6 ní sp³d àti sp³d², bíi nínú OpenStax. Ka àwọn wọ̀nyí sí àmì ìrísí; wo àwọn ààlà nísàlẹ̀.

Àwọn ìsopọ̀ méjì àti mẹ́ta bí sígímà pẹ̀lú pí

Nínú ẹtílíìnì, H₂C=CH₂, kábọ́nù kọ̀ọ̀kan ní àgbègbè mẹ́ta ó sì jẹ́ sp². Àwọn orbítà sp² mẹ́ta náà ń ṣẹ̀dá àwọn ìsopọ̀ σ sí hídírójìn méjì àti kábọ́nù kejì. Àwọn orbítà p tó kù lórí kábọ́nù méjèèjì tẹ̀ lé ara wọn ní títọ́, wọ́n sì ń bò mọ́ ara wọn ní ẹ̀gbẹ́-sí-ẹ̀gbẹ́ láti ṣẹ̀dá ìsopọ̀ π. Ìsopọ̀ méjì nítorí náà jẹ́ ìsopọ̀ σ kan pẹ̀lú ìsopọ̀ π kan. Ìsopọ̀ mẹ́ta, bíi nínú ásẹ́tílíìnì, HC≡CH, jẹ́ ìsopọ̀ σ kan pẹ̀lú ìsopọ̀ π méjì, tí a ṣe láti ìpéjú orbítà p méjì tí a kò dàpọ̀ ní igun ọ̀tún sí ara wọn lórí àwọn kábọ́nù sp.

Ìsopọ̀ π ṣàlàyé ìdí tí àwọn ìsopọ̀ méjì kì í fi í yípo lómìnira. Yíyí ìpẹ̀kun kan ní 90° yóò mú kí àwọn orbítà p dúró ṣánṣán sí ara wọn, yóò sì fọ́ ìbòmọ́ra π. Ìdí nìyí tí cis-2-butene àti trans-2-butene fi jẹ́ agbo yàtọ̀ tí kì í yí padà sí ara wọn ní ìwọ̀n ooru yàrá, nígbà tí ìpẹ̀kun méjèèjì ìsopọ̀ kan C–C ń yípo ní irọ̀rùn.

Àwọn àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: kíka àwọn ìsopọ̀ nínú akirilonáítírì àti aspirin

Láti ka àwọn ìsopọ̀ σ àti π, ya ìṣètò Lewis pípé, pẹ̀lú gbogbo hídírójìn. Lẹ́yìn náà ìlà ìsopọ̀ kọ̀ọ̀kan ń fi ìsopọ̀ σ kan gan-an kún un, ìsopọ̀ méjì kọ̀ọ̀kan ń fi ìsopọ̀ π kan kún un, ìsopọ̀ mẹ́ta kọ̀ọ̀kan sì ń fi méjì kún un.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 1. Akirilonáítírì, H₂C=CH–C≡N, tí a ń lò láti ṣe àwọn òwú akiriliki. Àwọn ìsopọ̀ σ: C–H mẹ́ta, ọ̀kan nínú C=C, ọ̀kan nínú C–C àti ọ̀kan nínú C≡N, àpapọ̀ 6. Àwọn ìsopọ̀ π: ọ̀kan nínú C=C àti méjì nínú C≡N, àpapọ̀ 3. Ìdàpọ̀ orbítà: kábọ́nù méjèèjì ti ìsopọ̀ méjì ní àgbègbè mẹ́ta wọ́n sì jẹ́ sp²; kábọ́nù náítírì ní àgbègbè méjì ó sì jẹ́ sp; náítírójìn, pẹ̀lú àgbègbè ìsopọ̀ kan àti ìpéjú tí kò sopọ̀ kan, náà jẹ́ sp. Gẹ́gẹ́ bí àyẹ̀wò, àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù fálẹ́ǹsì jẹ́ 3(4) + 3(1) + 5 = 20: ìsopọ̀ 9 ń gba 18, ìpéjú tí kò sopọ̀ náítírójìn sì ń gba 2 tó kù.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 2. Aspirin, C₉H₈O₄, tí a yà pẹ̀lú àwọn ìsopọ̀ méjì tó ń tẹ̀léra nínú òrùka bẹ́nsíìnì. Àwọn ìsopọ̀ σ: C–C 6 nínú òrùka, C–H 4 lórí òrùka, àti 4 nínú ẹgbẹ́ ásídì kábóksílíìkì pẹ̀lú ìsopọ̀ rẹ̀ sí òrùka (C–C òrùka, C=O, C–O àti O–H), àti 7 nínú ẹgbẹ́ ẹ́sítà (C–O òrùka, O–C, C=O, C–CH₃ àti C–H mẹ́ta). Ìyẹn fún ni 6 + 4 + 4 + 7 = 21 ìsopọ̀ σ. Àwọn ìsopọ̀ π: 3 nínú òrùka àti 1 nínú C=O kọ̀ọ̀kan, 5 lápapọ̀. Àyẹ̀wò: aspirin ní átọ̀mù 21 àti òrùka kan, ìṣètò èyíkéyìí tí a so pọ̀ sì ní ìsopọ̀ σ (átọ̀mù − 1 + òrùka), 21 − 1 + 1 = 21. Ìkà ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù náà ṣiṣẹ́: ìsopọ̀ 26 ń gba ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 52, ọ́ksíjìn mẹ́rin ń gba ìpéjú tí kò sopọ̀ mẹ́jọ, tàbí ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù 16, àti 9(4) + 8(1) + 4(6) = 68. Kábọ́nù mẹ́jọ jẹ́ sp²; kábọ́nù mẹ́tílì nìkan ni sp³.

Báwo ni ìsopọ̀ pí ṣe lágbára tó ní ìfiwéra pẹ̀lú ìsopọ̀ sígímà?

Àwọn agbára ìsopọ̀ ìpíndọ́gba nínú Tábìlì 7.3 OpenStax Chemistry 2e fi hàn pé fífi àwọn ìsopọ̀ kún un láàrin átọ̀mù méjì ń fún ni èrè tó ń dín kù. Fún àwọn ìsopọ̀ kábọ́nù–kábọ́nù: C–C, 1.54 Å àti 345 kJ/mol; C=C, 1.34 Å àti 611 kJ/mol; C≡C, 1.20 Å àti 837 kJ/mol.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 3. Yíyọkúrò ń fún ni agbára àròpọ̀ fún ìsopọ̀ π kọ̀ọ̀kan tí a fi kún un. Ìsopọ̀ π àkọ́kọ́ ń fi 611 − 345 = 266 kJ/mol kún un, èkejì sì ń fi 837 − 611 = 226 kJ/mol kún un. Méjèèjì kéré ju 345 kJ/mol ti ìsopọ̀ σ C–C, nítorí ìbòmọ́ra ẹ̀gbẹ́-sí-ẹ̀gbẹ́ kò lágbára tó ìbòmọ́ra orí-sí-orí. Ìsopọ̀ méjì lágbára ní ìlọ́po 1.77 péré ju ìsopọ̀ kan lọ, kì í ṣe ìlọ́po méjì. Ìsopọ̀ π tí kò lágbára tó ni apá tó ń fọ́ nínú àwọn ìhùwàpọ̀ àfikún, ìdí nìyí tí àwọn álíkíìnì fi ń gba Br₂ àti HBr ní irọ̀rùn, àti H₂ níwájú kátálísìtì irin. Ka àwọn ìyàtọ̀ wọ̀nyí sí ìdíyelé; àwọn agbára ìsopọ̀ ìpíndọ́gba ń da àwọn iye láti ọ̀pọ̀ mọ́lẹ́kùùlù yàtọ̀ pọ̀.

Àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù pí tí a tàn ká àti ààlà àwọn orbítà àdàpọ̀

Nínú bẹ́nsíìnì, C₆H₆, gbogbo kábọ́nù jẹ́ sp², ó sì ní orbítà p kan tí a kò dàpọ̀ ní ìdúró-ṣánṣán sí òrùka náà. Orbítà p mẹ́fà tó tẹ̀ lé ara wọn ní títọ́ ń bò mọ́ ara wọn yíká, nítorí náà àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù π mẹ́fà tàn káàkiri gbogbo òrùka dípò kí wọ́n wà ní ìdúró nínú ìsopọ̀ méjì mẹ́ta. Gbogbo ìsopọ̀ C–C mẹ́fà ní gígùn kan náà, láàrin gígùn ìsopọ̀ kan àti ìsopọ̀ méjì tó wọ́pọ̀.

Rẹ́sónẹ́ǹsì ń tún àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù π àti àwọn ìpéjú tí kò sopọ̀ tò, kì í ṣe àwọn ìsopọ̀ σ láé, nítorí náà fún àwọn átọ̀mù bíi àwọn kábọ́nù nínú bẹ́nsíìnì, ìṣètò tó tọ́ èyíkéyìí ń fún ni ìdàpọ̀ orbítà kan náà; OpenStax sọ kókó yìí ní kedere fún bẹ́nsíìnì. Ṣọ́ra pẹ̀lú átọ̀mù tí ìpéjú tí kò sopọ̀ rẹ̀ di ìsopọ̀ π nínú ìṣètò mìíràn, bíi náítírójìn nínú ámáìdì: iye àgbègbè rẹ̀ ń yípadà láàrin àwọn ìṣètò, ìrísí pẹrẹsẹ rẹ̀ tí a ṣàkíyèsí sì fi hàn pé ó jẹ́ sp². Títàn ká jẹ́ agbègbè kan níbi tí ẹ̀kọ́ ìsopọ̀ fálẹ́ǹsì ti di àìrọrùn, ẹ̀kọ́ orbítà mọ́lẹ́kùùlù sì ń fún ni àpèjúwe tó mọ́ jù.

Ẹ̀kọ́ ìsopọ̀ fálẹ́ǹsì ń so gbogbo ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù pọ̀ ní ìpéjú nínú ìsopọ̀ tàbí ìpéjú tí kò sopọ̀, nítorí náà ó ń sọ tẹ́lẹ̀ pé O₂ kò ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú. Ní tòótọ́, mágnẹ́ẹ̀tì ń fa ọ́ksíjìn olómi, èyí tó fi hàn pé O₂ ní ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù aláìpéjú. Ẹ̀kọ́ orbítà mọ́lẹ́kùùlù ń kọ́ àwọn orbítà tó jẹ́ ti gbogbo mọ́lẹ́kùùlù. Ìpele ìsopọ̀ jẹ́ ààbọ̀ ìyàtọ̀ láàrin àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù nínú àwọn orbítà ìsopọ̀ àti àwọn orbítà ìtakò-ìsopọ̀. Fún O₂, ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù fálẹ́ǹsì 12 ń fún ni 8 ìsopọ̀ àti 4 ìtakò-ìsopọ̀, nítorí náà ìpele ìsopọ̀ jẹ́ (8 − 4)/2 = 2. Ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù méjì ìkẹyìn ń gba orbítà π* méjì ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀ pẹ̀lú ìyípo-ara tó jọra, èyí tó ṣàlàyé pàrámágnẹ́tíìsì náà. Fún N₂, (8 − 2)/2 = 3, èyí tó bá ìsopọ̀ mẹ́ta rẹ̀ mu.

Àwọn àṣìṣe ìdàpọ̀ orbítà àti bí a ṣe ń mú wọn

Ọ̀pọ̀ àṣìṣe wá láti fífo ìṣètò Lewis tàbí láti kíka àwọn àgbègbè lọ́nà tí kò tọ́. Ka àwọn ìsopọ̀ σ àti àwọn ìpéjú tí kò sopọ̀ lórí átọ̀mù náà ní àkọ́kọ́; ìdàpọ̀ orbítà tẹ̀lé ìkà yẹn nìkan.

• Kíka àwọn ìsopọ̀ π mọ́ nọ́ńbà sitẹ́rìkì. Àwọn ìsopọ̀ σ àti àwọn ìpéjú tí kò sopọ̀ nìkan ló ń ka bí àgbègbè.
• Gbígbàgbé àwọn ìpéjú tí kò sopọ̀, èyí tó ń mú kí náítírójìn nínú NH₃ dà bí sp² dípò sp³.
• Kíka ìsopọ̀ méjì bí ìsopọ̀ σ méjì. Gbogbo ìsopọ̀ méjì jẹ́ σ kan àti π kan.
• Fífi àwọn hídírójìn sílẹ̀ nígbà kíka àwọn ìsopọ̀ σ nínú fọ́múlà egungun tàbí fọ́múlà kúkúrú.
• Gbígbà pé gbogbo kábọ́nù tó ní ìsopọ̀ méjì jẹ́ sp². Kábọ́nù àárín ti CO₂, pẹ̀lú ìsopọ̀ méjì méjì, ní àgbègbè méjì ó sì jẹ́ sp.
• Gbígbàgbọ́ pé ìṣètò rẹ́sónẹ́ǹsì ń yí ìdàpọ̀ orbítà átọ̀mù padà. Rẹ́sónẹ́ǹsì ń gbé àwọn ẹlẹ́ktrọ́ọ̀nù π, kì í ṣe àwọn ìsopọ̀ σ.