Põhiline erinevus molekulaarorbitaalide teooria ja hübridisatsiooniteooria vahel seisneb selles, et molekulaarorbitaaliteooria kirjeldab sidemete ja sidemete vastaste orbitaalide teket, samas kui hübridisatsiooniteooria kirjeldab hübriidorbitaalide teket.
Molekulide elektrooniliste ja orbitaalsete struktuuride määramiseks on välja töötatud erinevaid teooriaid. VSEPR-i teooria, Lewise teooria, valentssidemete teooria, hübridisatsiooniteooria ja molekulaarorbiidi teooria on sellised olulised teooriad. Kõige vastuvõetavam teooria nende seas on molekulaarorbiidi teooria.
Mis on molekulaarorbita alteooria?
Molekulaarorbiidi teooria on meetod molekulide elektroonilise struktuuri kirjeldamiseks kvantmehaanika abil. See on kõige produktiivsem viis molekulide keemilise sideme selgitamiseks. Arutagem seda teooriat üksikasjalikult.
Esiteks peame teadma, mis on molekulaarorbitaalid. Kahe aatomi vahel tekib keemiline side, kui netotõmbejõud kahe aatomituuma ja nende vahel olevate elektronide vahel ületab elektrostaatilise tõukejõu kahe aatomituuma vahel. Põhimõtteliselt tähendab see, et kahe aatomi vahelised tõmbejõud peaksid olema suuremad kui nende kahe aatomi vahelised tõukejõud. Siin peavad elektronid eksisteerima piirkonnas, mida nimetatakse sidumispiirkonnaks, et moodustada see keemiline side. Kui ei, siis elektronid asuvad sidumisvastases piirkonnas, mis aitab kaasa aatomitevahelisele tõukejõule.
Kui aga nõuded on täidetud ja kahe aatomi vahel tekib keemiline side, siis vastavaid sidemega seotud orbitaale nimetatakse molekulaarorbitaalideks. Siin saame alustada kahest kahest aatomist koosnevast orbitaalist ja lõpetada ühe orbitaaliga (molekulaarorbitaaliga), mis kuulub mõlemale aatomile.
Kvantmehaanika järgi ei saa aatomiorbitaalid tekkida ega kaduda nii, nagu me soovime. Kui orbitaalid üksteisega suhtlevad, kipuvad nad vastav alt oma kuju muutma. Kuid kvantmehaanika järgi võivad nad vab alt kuju muuta, kuid neil peab olema sama arv orbitaale. Siis peame leidma puuduva orbitaali. Siin moodustab kahe aatomiorbitaali ühefaasiline kombinatsioon sideorbitaali, faasiväline kombinatsioon aga sidumisvastase orbitaali.
Joonis 01: molekulaarorbitaaldiagramm
Siduvad elektronid hõivavad sidumisorbitaali, samas kui sidumisvastase orbitaali elektronid ei osale sidemete moodustamises. Pigem seisavad need elektronid aktiivselt vastu keemilise sideme tekkele. Sidumisorbitaalil on madalam potentsiaalne energia kui sidumisvastasel orbitaalil. Kui arvestada sigma sidet, on sidumisorbitaali tähis σ ja sidumisvastase orbitaali tähis σ. Seda teooriat saame kasutada keerukate molekulide struktuuri kirjeldamiseks, et selgitada, miks mõnda molekuli ei eksisteeri (st He2) ja molekulide sidemete järjestust. Seega selgitab see kirjeldus lühid alt molekulaarorbiidi teooria aluseid.
Mis on hübridisatsiooniteooria?
Hübridisatsiooniteooria on meetod, mida kasutame molekuli orbitaalstruktuuri kirjeldamiseks. Hübridisatsioon on hübriidorbitaalide moodustamine kahe või enama aatomiorbitaali segamise teel. Nende orbitaalide orientatsioon määrab molekuli geomeetria. See on valentssidemete teooria laiendus.
Enne aatomiorbitaalide teket on neil erinev energia, kuid pärast teket on kõigil orbitaalidel sama energia. Näiteks s-aatomiorbitaal ja p-aatomiorbitaal võivad ühineda, moodustades kaks sp-orbitaali. Aatomiorbitaalidel s ja p on erinevad energiad (s < p energia). Kuid pärast hübridiseerumist moodustab see kaks sp-orbitaali, millel on sama energia, ja see energia jääb üksikute s- ja p-aatomi orbitaalenergiate energiate vahele. Pealegi on sellel sp-hübriidorbitaalil 50% s orbitaalomadused ja 50% p orbitaalomadused.
Joonis 02: Side süsinikuaatomi hübriidorbitaalide ja vesinikuaatomite orbitaalide vahel
Hübridisatsiooni idee tuli esimest korda arutelusse, kuna teadlased täheldasid, et valentssidemete teooria ei suutnud õigesti ennustada mõne molekuli, näiteks CH4 struktuuri. Kuigi süsinikuaatomil on vastav alt elektronkonfiguratsioonile ainult kaks paaristamata elektroni, võib see moodustada neli kovalentset sidet. Nelja sideme moodustamiseks peab olema neli paaristamata elektroni.
Ainus viis, kuidas nad seda nähtust seletada said, oli arvata, et süsinikuaatomi s- ja p-orbitaalid sulanduvad üksteisega, moodustades uusi orbitaale, mida nimetatakse hübriidorbitaalideks ja millel on sama energia. Siin annab üks s + kolm p 4 sp3 orbitaali. Seetõttu täidavad elektronid need hübriidorbitaalid ühtlaselt (üks elektron hübriidorbitaali kohta), järgides Hundi reeglit. Siis on nelja vesinikuaatomiga nelja kovalentse sideme moodustamiseks neli elektroni.
Mis vahe on molekulaarorbita alteoorial ja hübridisatsiooniteoorial?
Molekulaarorbita alteooria on meetod molekulide elektroonilise struktuuri kirjeldamiseks kvantmehaanika abil. Hübridisatsiooniteooria on meetod, mida kasutame molekuli orbitaalstruktuuri kirjeldamiseks. Niisiis, peamine erinevus molekulaarorbitaali teooria ja hübridisatsiooniteooria vahel seisneb selles, et molekulaarorbitaali teooria kirjeldab sidemete ja sidemete vastaste orbitaalide teket, samas kui hübridisatsiooniteooria kirjeldab hübriidorbitaalide teket.
Lisaks, vastav alt molekulaarorbitaalide teooriale tekivad uued orbitaalid kahe aatomi aatomiorbitaalide segunemisel, samas kui hübridisatsiooniteoorias moodustuvad uued orbitaalid sama aatomi aatomiorbitaalide segunemisel. Seetõttu on see veel üks erinevus molekulaarorbiidi teooria ja hübridisatsiooniteooria vahel.
Kokkuvõte – molekulaarorbita alteooria vs hübridisatsiooniteooria
Molekuli struktuuri määramisel on olulised nii molekulaarorbiidi teooria kui ka hübridisatsiooniteooria. Peamine erinevus molekulaarorbitaali teooria ja hübridisatsiooniteooria vahel seisneb selles, et molekulaarorbitaaliteooria kirjeldab sidemete ja sidemete vastaste orbitaalide teket, samas kui hübridisatsiooniteooria kirjeldab hübriidorbitaalide teket.
