Ключовата разлика между молекулярната орбитална теория и теорията на хибридизацията е, че молекулярната орбитална теория описва образуването на свързващи и анти-свързващи орбитали, докато теорията на хибридизацията описва образуването на хибридни орбитали.
Има различни теории, разработени за определяне на електронните и орбиталните структури на молекулите. Теорията на VSEPR, теорията на Луис, теорията за валентната връзка, теорията за хибридизацията и теорията на молекулярната орбита са толкова важни теории. Най-приемливата теория сред тях е молекулярната орбитална теория.
Какво е теория на молекулярната орбитала?
Молекулярната орбитална теория е техника за описване на електронната структура на молекулите с помощта на квантовата механика. Това е най-продуктивният начин за обяснение на химичните връзки в молекулите. Нека обсъдим тази теория в детайли.
Първо, трябва да знаем какво представляват молекулните орбитали. Химическа връзка се образува между два атома, когато нетната сила на привличане между две атомни ядра и електроните между тях надвишава електростатичното отблъскване между две атомни ядра. По принцип това означава, че силите на привличане между два атома трябва да са по-високи от силите на отблъскване между тези два атома. Тук електроните трябва да съществуват в област, наречена „свързваща област“, за да образуват тази химическа връзка. Ако не, електроните ще бъдат в „анти-свързващата област“, което ще помогне на силата на отблъскване между атомите.
Въпреки това, ако изискванията са изпълнени и се образува химическа връзка между два атома, тогава съответните орбитали, участващи в свързването, се наричат молекулни орбитали. Тук можем да започнем с две орбитали на два атома и да завършим с една орбитала (молекулната орбитала), която принадлежи и на двата атома.
Според квантовата механика, атомните орбитали не могат да се появят или изчезнат, както желаем. Когато орбиталите взаимодействат една с друга, те са склонни да променят формите си съответно. Но според квантовата механика те са свободни да променят формата си, но трябва да имат същия брой орбитали. След това трябва да намерим липсващата орбитала. Тук синфазната комбинация от двете атомни орбитали прави свързващата орбитала, докато извънфазовата комбинация образува антисвързващата орбитала.
Фигура 01: Молекулярна орбитална диаграма
Свързващите електрони заемат свързващата орбитала, докато електроните в антисвързващата орбитала не участват в образуването на връзка. По-скоро тези електрони активно се противопоставят на образуването на химичната връзка. Свързващата орбитала има по-ниска потенциална енергия от антисвързващата орбитала. Ако разгледаме сигма връзка, обозначението за свързваща орбитала е σ, а антисвързващата орбитала е σ. Можем да използваме тази теория, за да опишем структурата на сложни молекули, за да обясним защо някои молекули не съществуват (т.е. He2) и реда на свързване на молекулите. По този начин това описание обяснява накратко основата на теорията за молекулярната орбитала.
Какво е теория на хибридизацията?
Теорията на хибридизацията е техника, която използваме, за да опишем орбиталната структура на една молекула. Хибридизацията е образуването на хибридни орбитали чрез смесване на две или повече атомни орбитали. Ориентацията на тези орбитали определя геометрията на молекулата. Това е разширение на теорията за валентната връзка.
Преди образуването на атомните орбитали те имат различна енергия, но след образуването всички орбитали имат еднаква енергия. Например s атомна орбитала и p атомна орбитала могат да се комбинират, за да образуват две sp орбитали. Атомните орбитали s и p имат различни енергии (енергия на s < енергия на p). Но след хибридизацията той образува две sp орбитали, които имат еднаква енергия и тази енергия се намира между енергиите на отделните s и p атомни орбитални енергии. Освен това тази sp хибридна орбитала има 50% s орбитални характеристики и 50% p орбитални характеристики.
Фигура 02: Връзка между хибридни орбитали на въглероден атом и s орбитали на водородни атоми
Идеята за хибридизация за първи път влезе в дискусията, защото учените забелязаха, че теорията за валентната връзка не успя да предскаже правилно структурата на някои молекули като CH4Тук, въпреки че въглеродният атом има само два несдвоени електрона според електронната си конфигурация, той може да образува четири ковалентни връзки. За да се образуват четири връзки, трябва да има четири несдвоени електрона.
Единственият начин, по който можеха да обяснят това явление, беше да си помислят, че s и p орбиталите на въглеродния атом се сливат една с друга, за да образуват нови орбитали, наречени хибридни орбитали, които имат еднаква енергия. Тук едно s + три p дава 4 sp3 орбитали. Следователно електроните запълват тези хибридни орбитали равномерно (един електрон на хибридна орбитала), подчинявайки се на правилото на Хунд. След това има четири електрона за образуването на четири ковалентни връзки с четири водородни атома.
Каква е разликата между теорията за молекулярната орбитала и теорията за хибридизацията?
Молекулярната орбитална теория е техника за описване на електронната структура на молекулите с помощта на квантовата механика. Теорията на хибридизацията е техника, която използваме, за да опишем орбиталната структура на една молекула. И така, ключовата разлика между молекулярната орбитална теория и теорията на хибридизацията е, че молекулярната орбитална теория описва образуването на свързващи и антисвързващи орбитали, докато теорията на хибридизацията описва образуването на хибридни орбитали.
Освен това, според теорията на молекулярните орбитали, новите орбитални форми се образуват от смесването на атомни орбитали на два атома, докато в теорията на хибридизацията новите орбитални форми образуват смесването на атомни орбитали на един и същи атом. Следователно, това е друга разлика между теорията за молекулярната орбитала и теорията за хибридизацията.
Резюме – Теория за молекулярната орбитала срещу теория за хибридизация
Както теорията за молекулярната орбитала, така и теорията за хибридизацията са важни при определянето на структурата на една молекула. Ключовата разлика между молекулярната орбитална теория и теорията на хибридизацията е, че молекулярната орбитална теория описва образуването на свързващи и антисвързващи орбитали, докато теорията на хибридизацията описва образуването на хибридни орбитали.
