Kľúčový rozdiel medzi teóriou molekulárnych orbitálov a teóriou hybridizácie je v tom, že teória molekulárnych orbitálov popisuje tvorbu väzbových a anti-väzbových orbitálov, zatiaľ čo teória hybridizácie popisuje tvorbu hybridných orbitálov.
Existujú rôzne teórie vyvinuté na určenie elektronických a orbitálnych štruktúr molekúl. Teória VSEPR, Lewisova teória, teória valenčných väzieb, teória hybridizácie a teória molekulových orbitálov sú také dôležité teórie. Najprijateľnejšou teóriou z nich je teória molekulových orbitálov.
Čo je molekulárna orbitálna teória?
Molekulárna orbitálna teória je technika opisu elektrónovej štruktúry molekúl pomocou kvantovej mechaniky. Je to najproduktívnejší spôsob vysvetlenia chemickej väzby v molekulách. Poďme diskutovať o tejto teórii podrobne.
Najprv musíme vedieť, čo sú molekulové orbitály. Chemická väzba sa vytvorí medzi dvoma atómami, keď čistá príťažlivá sila medzi dvoma atómovými jadrami a elektrónmi medzi nimi prekročí elektrostatické odpudzovanie medzi dvoma atómovými jadrami. V podstate to znamená, že príťažlivé sily medzi dvoma atómami by mali byť vyššie ako odpudivé sily medzi týmito dvoma atómami. Tu musia elektróny existovať v oblasti nazývanej „väzbová oblasť“, aby vytvorili túto chemickú väzbu. Ak nie, elektróny budú v „protiväzbovej oblasti“, čo pomôže odpudivej sile medzi atómami.
Ak sú však splnené požiadavky a medzi dvoma atómami sa vytvorí chemická väzba, potom sa zodpovedajúce orbitály podieľajúce sa na väzbe nazývajú molekulové orbitály. Tu môžeme začať dvoma orbitálmi dvoch atómov a skončiť jedným orbitálom (molekulárnym orbitálom), ktorý patrí obom atómom.
Podľa kvantovej mechaniky sa atómové orbitály nemôžu objaviť ani zmiznúť, ako by sme chceli. Keď orbitály navzájom interagujú, majú tendenciu zodpovedajúcim spôsobom meniť svoje tvary. Ale podľa kvantovej mechaniky môžu voľne meniť tvar, ale musia mať rovnaký počet orbitálov. Potom musíme nájsť chýbajúci orbitál. Fázová kombinácia dvoch atómových orbitálov tu robí väzbový orbitál, zatiaľ čo mimofázová kombinácia vytvára antiväzbový orbitál.
Obrázok 01: Molekulárny orbitálny diagram
Väzbové elektróny obsadzujú väzbový orbitál, zatiaľ čo elektróny v antiväzbovom orbitáli sa nezúčastňujú na tvorbe väzby. Tieto elektróny skôr aktívne bránia vytvoreniu chemickej väzby. Väzbový orbitál má nižšiu potenciálnu energiu ako antiväzbový orbitál. Ak uvažujeme sigma väzbu, označenie pre väzbový orbitál je σ a orbitál proti väzbe je σ. Túto teóriu môžeme použiť na opísanie štruktúry komplikovaných molekúl, aby sme vysvetlili, prečo niektoré molekuly neexistujú (t.j. He2) a poradie väzieb molekúl. Tento popis teda stručne vysvetľuje základy teórie molekulových orbitálov.
Čo je teória hybridizácie?
Hybridizačná teória je technika, ktorú používame na opis orbitálnej štruktúry molekuly. Hybridizácia je tvorba hybridných orbitálov zmiešaním dvoch alebo viacerých atómových orbitálov. Orientácia týchto orbitálov určuje geometriu molekuly. Ide o rozšírenie teórie valenčných väzieb.
Pred vytvorením atómových orbitálov majú rôzne energie, ale po vytvorení majú všetky orbitály rovnakú energiu. Napríklad atómový orbitál s a atómový orbitál p sa môžu spojiť a vytvoriť dva orbitály sp. Atómové orbitály s a p majú rôzne energie (energia s < energie p). Ale po hybridizácii vytvorí dva sp orbitály, ktoré majú rovnakú energiu a táto energia leží medzi energiami jednotlivých s a p atómových orbitálnych energií. Navyše tento hybridný orbitál sp má 50 % orbitálnych charakteristík s a 50 % orbitálnych charakteristík p.
Obrázok 02: Väzba medzi hybridnými orbitálmi atómu uhlíka a s orbitálmi atómov vodíka
Myšlienka hybridizácie prvýkrát vstúpila do diskusie, pretože vedci zistili, že teória valenčných väzieb nedokázala správne predpovedať štruktúru niektorých molekúl, ako napríklad CH4Aj keď má atóm uhlíka podľa svojej elektrónovej konfigurácie iba dva nepárové elektróny, môže tvoriť štyri kovalentné väzby. Na vytvorenie štyroch väzieb musia existovať štyri nepárové elektróny.
Jediný spôsob, ako mohli vysvetliť tento jav, bolo myslieť si, že s a p orbitály atómu uhlíka sa navzájom spájajú a vytvárajú nové orbitály nazývané hybridné orbitály, ktoré majú rovnakú energiu. Tu jedno s + tri p dáva 4 sp3 orbitály. Preto elektróny plnia tieto hybridné orbitály rovnomerne (jeden elektrón na hybridný orbitál), pričom sa riadi Hundovým pravidlom. Potom existujú štyri elektróny na vytvorenie štyroch kovalentných väzieb so štyrmi atómami vodíka.
Aký je rozdiel medzi teóriou molekulárnych orbitálov a teóriou hybridizácie?
Teória molekulových orbitálov je technika opisu elektronickej štruktúry molekúl pomocou kvantovej mechaniky. Hybridizačná teória je technika, ktorú používame na opis orbitálnej štruktúry molekuly. Kľúčový rozdiel medzi teóriou molekulárnych orbitálov a teóriou hybridizácie je teda v tom, že teória molekulárnych orbitálov opisuje tvorbu väzbových a antiväzbových orbitálov, zatiaľ čo teória hybridizácie popisuje tvorbu hybridných orbitálov.
Podľa teórie molekulových orbitálov navyše nové orbitálne formy vznikajú zmiešaním atómových orbitálov dvoch atómov, zatiaľ čo v teórii hybridizácie nové orbitálne formy tvoria zmiešanie atómových orbitálov toho istého atómu. Preto je to ďalší rozdiel medzi teóriou molekulových orbitálov a teóriou hybridizácie.
Zhrnutie – Molekulárna orbitálna teória vs. Hybridizačná teória
Tak molekulárna orbitálna teória, ako aj teória hybridizácie sú dôležité pri určovaní štruktúry molekuly. Kľúčový rozdiel medzi teóriou molekulárnych orbitálov a teóriou hybridizácie je v tom, že teória molekulárnych orbitálov opisuje vytváranie väzbových a antiväzbových orbitálov, zatiaľ čo teória hybridizácie popisuje tvorbu hybridných orbitálov.
