Ключевое различие между теорией молекулярных орбиталей и теорией гибридизации заключается в том, что теория молекулярных орбиталей описывает образование связывающих и разрыхляющих орбиталей, тогда как теория гибридизации описывает образование гибридных орбиталей.
Существуют различные теории, разработанные для определения электронной и орбитальной структур молекул. Теория VSEPR, теория Льюиса, теория валентных связей, теория гибридизации и теория молекулярных орбиталей являются такими важными теориями. Наиболее приемлемой среди них является теория молекулярных орбиталей.
Что такое молекулярная орбитальная теория?
Теория молекулярных орбиталей - это метод описания электронной структуры молекул с использованием квантовой механики. Это наиболее продуктивный способ объяснения химической связи в молекулах. Давайте подробно обсудим эту теорию.
Во-первых, нам нужно знать, что такое молекулярные орбитали. Химическая связь образуется между двумя атомами, когда чистая сила притяжения между двумя атомными ядрами и электронами между ними превышает электростатическое отталкивание между двумя атомными ядрами. По сути, это означает, что силы притяжения между двумя атомами должны быть выше, чем силы отталкивания между этими двумя атомами. Здесь электроны должны существовать в области, называемой «областью связывания», чтобы образовать эту химическую связь. Если нет, то электроны окажутся в «анти-связывающей области», что поможет силе отталкивания между атомами.
Однако, если требования выполнены и между двумя атомами образуется химическая связь, то соответствующие орбитали, участвующие в связывании, называются молекулярными орбиталями. Здесь мы можем начать с двух орбиталей двух атомов и закончить одной орбиталью (молекулярной орбиталью), которая принадлежит обоим атомам.
Согласно квантовой механике, атомные орбитали не могут появляться или исчезать по нашему желанию. Когда орбитали взаимодействуют друг с другом, они имеют тенденцию соответствующим образом изменять свою форму. Но, согласно квантовой механике, они могут свободно менять форму, но должны иметь одинаковое количество орбиталей. Затем нам нужно найти недостающую орбиталь. Здесь синфазная комбинация двух атомных орбиталей образует связывающую орбиталь, а противофазная комбинация образует антисвязывающую орбиталь.
Рисунок 01: Молекулярно-орбитальная диаграмма
Связывающие электроны занимают связывающую орбиталь, в то время как электроны на разрыхляющей орбитали не участвуют в образовании связи. Скорее, эти электроны активно препятствуют образованию химической связи. Связывающая орбиталь имеет меньшую потенциальную энергию, чем антисвязывающая. Если мы рассмотрим сигма-связь, обозначение связывающей орбитали будет σ, а разрыхляющей орбитали - σ. Мы можем использовать эту теорию для описания структуры сложных молекул, чтобы объяснить, почему некоторые молекулы не существуют (например, He2) и порядок связей молекул. Таким образом, это описание кратко объясняет основы теории молекулярных орбиталей.
Что такое теория гибридизации?
Теория гибридизации - это метод, который мы используем для описания орбитальной структуры молекулы. Гибридизация - это образование гибридных орбиталей путем смешивания двух или более атомных орбиталей. Ориентация этих орбиталей определяет геометрию молекулы. Это расширение теории валентных связей.
До образования атомных орбиталей они имеют разную энергию, но после образования все орбитали имеют одинаковую энергию. Например, атомная s-орбиталь и p-атомная орбиталь могут объединяться, образуя две sp-орбитали. Атомные орбитали s и p имеют разные энергии (энергия s < энергия p). Но после гибридизации он образует две sp-орбитали с одинаковой энергией, и эта энергия лежит между энергиями отдельных s- и p-атомных орбитальных энергий. Более того, эта sp-гибридная орбиталь имеет 50% орбитальных характеристик s и 50% p-орбитальных характеристик.
Рисунок 02: Связь между гибридными орбиталями атома углерода и s-орбиталями атомов водорода
Идея гибридизации впервые вошла в дискуссию, потому что ученые заметили, что теория валентных связей не может правильно предсказать структуру некоторых молекул, таких как CH4Здесь, хотя атом углерода имеет только два неспаренных электрона в соответствии с его электронной конфигурацией, он может образовывать четыре ковалентные связи. Для образования четырех связей должно быть четыре неспаренных электрона.
Единственный способ, которым они могли объяснить это явление, состоял в том, чтобы думать, что s- и p-орбитали атома углерода сливаются друг с другом, образуя новые орбитали, называемые гибридными орбиталями, которые имеют одинаковую энергию. Здесь один s + три p дает 4 орбитали sp3. Следовательно, электроны заполняют эти гибридные орбитали равномерно (один электрон на гибридную орбиталь), подчиняясь правилу Хунда. Тогда есть четыре электрона для образования четырех ковалентных связей с четырьмя атомами водорода.
В чем разница между молекулярно-орбитальной теорией и теорией гибридизации?
Теория молекулярных орбиталей - это метод описания электронной структуры молекул с использованием квантовой механики. Теория гибридизации - это метод, который мы используем для описания орбитальной структуры молекулы. Таким образом, ключевое различие между теорией молекулярных орбиталей и теорией гибридизации заключается в том, что теория молекулярных орбиталей описывает образование связывающих и разрыхляющих орбиталей, тогда как теория гибридизации описывает образование гибридных орбиталей.
Кроме того, согласно теории молекулярных орбиталей, новые орбитальные формы образуются в результате смешения атомных орбиталей двух атомов, в то время как в теории гибридизации новые орбитальные формы образуются в результате смешения атомных орбиталей одного и того же атома. Следовательно, это еще одно различие между теорией молекулярных орбиталей и теорией гибридизации.
Резюме – Молекулярно-орбитальная теория против теории гибридизации
И теория молекулярных орбиталей, и теория гибридизации важны для определения структуры молекулы. Ключевое различие между теорией молекулярных орбиталей и теорией гибридизации заключается в том, что теория молекулярных орбиталей описывает образование связывающих и разрыхляющих орбиталей, тогда как теория гибридизации описывает образование гибридных орбиталей.
