Hibridizacija orbitala

**Hibridizacija** je koncept miješanja atomskih orbitala pri čemu se formiraju nove hibridne orbitale. Hibridne orbitale su korisne za objašnjenje i opisivanje geometrijskog oblika molekula.

## Istorijat
Teoriju hibridizacije je prvi predložio hemičar Linus Pauling kako bi objasnio strukturu molekula kao što je metan. Prema teoriji i metodi valentne veze, geometrijski oblik molekula i usmjerenost veza u prostoru posljedica je preklapanja atomskih orbitala koje je utoliko povoljnije ukoliko može dostići maksimalnu vrijednost. Polazeći od elektronske konfiguracije nekada je teško objasniti usmjerenost veza u prostoru. Za opisivanje strukture takvih molekula koristi se koncept hibridizacije. Hibridizacija nije neophodna za opisivanje svih molekula, nego uglavnom nalazi primjenu za opisivanje geometrijskog oblika molekula koji sadrže ugljenik, azot, kiseonik i fosfor.

## Vrste hibridizacije
## ''sp''<sup>3</sup> hibridizacija
Primjer *sp*3 hibridizacije je molekul metana CH4, koji ima tetraedarski oblik.

Atom ugljenika u osnovnom stanju ima konfiguraciju:

C\quad
  \frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
  \frac{\uparrow\downarrow}{2s}\;
  \frac{\uparrow\,}{2p_x}\;
  \frac{\uparrow\,}{2p_y}\;
  \frac{\,\,}{2p_z}


Od četiri valentna elektrona ugljenika dva se nalaze pod pravim uglom(u dvije p orbitale) a druga dva se nalaze u 2s orbitali te nemaju nikakvo usmjerenje u prostoru, dok su u molekulu metana valence metana usmjerene tetraedarski u prostoru.

Ugljenikov atom pri sjedinjavanju najprije prelazi u stanje promocije (tj. jedan 2s elektron prelazi u praznu 2pz orbitalu):


C^{*}\quad
\frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
\frac{\uparrow\,}{2s}\;
\frac{\uparrow\,}{2p_x}
\frac{\uparrow\,}{2p_y}
\frac{\uparrow\,}{2p_z}


Nakon toga dolazi do hibridizacije, tj. do ukrštanja ili miješanja jedne 2s i tri 2p orbitale (2px 2py 2pz). Pri tome nastaju četiri jednake orbitale usmjerene ka tjemenima tetraedra u prostoru. Ove orbitale se nazivaju *sp*3 orbitale.
 

C^{*}\quad
\frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
\frac{\uparrow\,}{sp^3}\;
\frac{\uparrow\,}{sp^3}
\frac{\uparrow\,}{sp^3}
\frac{\uparrow\,}{sp^3}


Preciznije rečeno *sp*3 hibridne orbitale se dobiju na osnovu rješenja Šredingerove jednačine za konfiguraciju elektrona u pobuđenom stanju tj.nakon promocije i predstavljaju linerarnu kombinaciju s i p orbitala.

Vezivanjem sa četiri atoma vodonika (preklapanjem *sp*3 hibridnih orbitala ugljenika sa 1s orbitalama vodonika pri čemu se stvaraju četiri sigma veze) nastaje molekul metana koji ima tetraedarski oblik. *sp*3 hibridizacija je karakteristična za zasićene ugljovodonike.

Do *sp*3 hibridizacije dolazi i kod atoma kiseonika i azota u molekulu vode i amonijaka. Pri tome u molekulu vode dvije *sp*3 hibridne orbitale su preklopljene sa 1s orbitalama dva atoma vodonika(tj. uspostavljena je hemijska veza) a dvije *sp*3 hibridne orbitale sadrže dva slobodna elektronska para. Kod molekula amonijaka jedna *sp*3 hibridna orbitala sadrži slobodan elektronski par. Slobodni elektronski parovi se odbijaju, a djeluju i na elektrone u preostalim hibridnim orbitalama zbog čega dolazi do smanjivanja ugla između veza.

## ''sp''<sup>2</sup> hibridizacija

Primjer *sp*2 hibridizacije je molekul etena, koji sadrži dvostruku vezu između dva atoma ugljenika. U molekulu etena su *sp*2 hibridizovana oba atoma ugljenika. Kod atoma ugljenika dolazi do miješanja 2s orbitale sa dvije 2p orbitale, pri čemu se dobiju tri *sp*2 hibridne orbitale koje se nalaze u istoj ravni a ugao između njih je 120° stepeni. Takođe je ostala i jedna 2p orbitala koja nije hibridizovana.


C^{*}\quad
\frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
\frac{\uparrow\,}{sp^2}\;
\frac{\uparrow\,}{sp^2}
\frac{\uparrow\,}{sp^2}
\frac{\uparrow\,}{p}


U molekulu etena dva atoma ugljenika se međusobno spajaju sigma kovalentnom vezom koja nastaje preklapanjem dvije *sp*2 orbitale i svaki atom ugljenika stvara dvije sigma veze sa po dva atoma vodonika preklapanjem *sp*2 orbitale ugljenika i 1s orbitale vodonika. Takođe se između dva atoma ugljenika formira π veza bočnim preklapanjem dvije 2p orbitale koje su normalne na ravan molekula.

## ''sp'' hibridizacija
Do *sp* hibridizacije dolazi kod alkina koji sadrže trostruku vezu između dva atoma ugljenika. U ovom slučaju 2s orbitala se miješa samo sa jednom 2p orbitalom pri čemu nastaju dvije *sp* orbitale između kojih je ugao od 180° stepeni i ostaju dvije 2p orbitale koje su nepromijenjene.


C^{*}\quad
\frac{\uparrow\downarrow}{1s}\;
\frac{\uparrow\,}{sp}\;
\frac{\uparrow\,}{sp}
\frac{\uparrow\,}{p}
\frac{\uparrow\,}{p}


U molekulu etina između dva atoma ugljenika nastaje jedna sigma veza sp–sp preklapanjem i dvije dodatne π veze koje se dobiju bočnim preklapanjem p orbitala. Svaki atom ugljenika stvara i jednu sigma vezu sa atomom vodonika s–sp preklapanjem.

## Hibridizacija i oblik molekula
Hibridizacija može objasniti oblike molekula:
* AX1 (npr. LiH): ne dolazi do hibridizacije; trivijalno linearan oblik
* AX2 (npr. BeCl2): *sp* hibridizacija linearan ili dijagonalan oblik; ugao između veza je 180° 
** AX2E (npr. GeF2): savijen V oblik, 3 (npr. BCl3): *sp*2 hibridizacija; trigonalni planarni oblik; uglovi između veza su 120°
* AX4 (npr. CCl4): *sp*3 hibridizacija; tetraedarski oblik; uglovi između veza su ≈ 109.5°
** AX3E (npr. NH3): trigonalno piramidalni, ugao između veza 107° (Slobodni elektronski par neznatno mijenja ugao između veza zbog povećanog odbijanja)
* AX5 (npr. PCl5): sp3d hibridizacija; trigonalno bipiramidalni oblik
* AX6 (npr. SF6): sp3d2 hibridizacija; oktaedarni (ili kvadratno bipiramidalni oblik).

Ako na centralnom atomu ima slobodnih elektronskih parova onda uglovi između veza postaju manji zbog povećanog odbijanja. Na primjer u molekulu vode H2O na atomu kiseonika postoje dvuje veze sa atomima vodonika i dva slobodna elektronska para. Model molekula je onda AX2E2 i dolazi do *sp*3 hibridizacije i raspored elektronskih parova u molekulu vode je tetraedarski. Ugao između veza je 104.5°.

## Vanjske veze
* Covalent Bonds and Molecular Structure  ()
* Hybridisation flash movie ()