Ključna razlika med teorijo molekularnih orbital in teorijo hibridizacije je v tem, da teorija molekularnih orbital opisuje nastanek veznih in protiveznih orbital, medtem ko teorija hibridizacije opisuje nastanek hibridnih orbital.
Obstajajo različne teorije, razvite za določitev elektronske in orbitalne strukture molekul. Teorija VSEPR, Lewisova teorija, teorija valenčne vezi, teorija hibridizacije in teorija molekularne orbite so tako pomembne teorije. Najbolj sprejemljiva teorija med njimi je teorija molekularne orbite.
Kaj je teorija molekularne orbite?
Molekularna orbitalna teorija je tehnika opisovanja elektronske strukture molekul z uporabo kvantne mehanike. Je najbolj produktiven način za razlago kemičnih vezi v molekulah. Razpravljajmo o tej teoriji podrobneje.
Najprej moramo vedeti, kaj so molekularne orbitale. Kemična vez nastane med dvema atomoma, ko neto privlačna sila med dvema atomskima jedroma in elektroni med njima preseže elektrostatično odbojnost med dvema atomskima jedroma. V bistvu to pomeni, da bi morale biti privlačne sile med dvema atomoma večje od odbojnih sil med tema dvema atomoma. Pri tem morajo elektroni obstajati v območju, imenovanem "vezna regija", da tvorijo to kemično vez. V nasprotnem primeru bodo elektroni v "proti-vezavnem območju", kar bo pomagalo pri odbojni sili med atomi.
Če pa so zahteve izpolnjene in se med dvema atomoma tvori kemična vez, se ustrezne orbitale, ki sodelujejo pri vezavi, imenujejo molekularne orbitale. Tukaj lahko začnemo z dvema orbitalama dveh atomov in končamo z eno orbitalo (molekularno orbitalo), ki pripada obema atomoma.
V skladu s kvantno mehaniko se atomske orbitale ne morejo pojaviti ali izginiti, kot si želimo. Ko orbitale medsebojno delujejo, težijo k temu, da ustrezno spremenijo svoje oblike. Toda glede na kvantno mehaniko lahko prosto spreminjajo obliko, vendar morajo imeti enako število orbital. Potem moramo najti manjkajočo orbitalo. Tukaj kombinacija dveh atomskih orbital v fazi tvori vezno orbitalo, medtem ko kombinacija zunaj faze tvori orbitalo proti vezavi.
Slika 01: Molekularni orbitalni diagram
Vezivni elektroni zasedajo vezno orbitalo, medtem ko elektroni v antivezni orbitali ne sodelujejo pri nastajanju vezi. Namesto tega ti elektroni aktivno nasprotujejo tvorbi kemične vezi. Vezivna orbitala ima manjšo potencialno energijo kot antivezna orbitala. Če upoštevamo sigma vez, je oznaka za vezno orbitalo σ, anti-vezno orbitalo pa σ. To teorijo lahko uporabimo za opis strukture zapletenih molekul, da pojasnimo, zakaj nekatere molekule ne obstajajo (tj. He2) in vrstni red vezi med molekulami. Tako ta opis na kratko razloži osnovo teorije molekularnih orbital.
Kaj je teorija hibridizacije?
Teorija hibridizacije je tehnika, ki jo uporabljamo za opisovanje orbitalne strukture molekule. Hibridizacija je tvorba hibridnih orbital z mešanjem dveh ali več atomskih orbital. Usmerjenost teh orbital določa geometrijo molekule. Je razširitev teorije valenčne vezi.
Pred nastankom imajo atomske orbitale različno energijo, po nastanku pa imajo vse orbitale enako energijo. Na primer, atomska orbitala s in atomska orbitala p se lahko združita v dve sp orbitali. Atomski orbitali s in p imata različni energiji (energija s < energija p). Toda po hibridizaciji tvori dve sp orbitali, ki imata enako energijo, ta energija pa leži med energijami posameznih s in p atomskih orbitalnih energij. Poleg tega ima ta sp hibridna orbitala 50 % s orbitalne značilnosti in 50 % p orbitalne značilnosti.
Slika 02: Vez med hibridnimi orbitalami ogljikovega atoma in s orbitalami vodikovih atomov
Zamisel o hibridizaciji se je prvič začela razpravljati, ker so znanstveniki opazili, da teorija valenčne vezi ni uspela pravilno napovedati strukture nekaterih molekul, kot je CH4Tukaj, čeprav ima atom ogljika le dva nesparjena elektrona glede na njegovo elektronsko konfiguracijo, lahko tvori štiri kovalentne vezi. Za tvorbo štirih vezi morajo biti štirje nesparjeni elektroni.
Edini način, kako so lahko razložili ta pojav, je bil, da so mislili, da se s in p orbitale atoma ogljika spajajo med seboj in tvorijo nove orbitale, imenovane hibridne orbitale, ki imajo enako energijo. Tukaj en s + tri p daje 4 sp3 orbitale. Zato elektroni enakomerno zapolnjujejo te hibridne orbitale (en elektron na hibridno orbitalo) v skladu s Hundovim pravilom. Potem so tu še štirje elektroni za tvorbo štirih kovalentnih vezi s štirimi vodikovimi atomi.
Kakšna je razlika med teorijo molekularne orbite in teorijo hibridizacije?
Teorija molekularne orbite je tehnika opisovanja elektronske strukture molekul z uporabo kvantne mehanike. Teorija hibridizacije je tehnika, ki jo uporabljamo za opisovanje orbitalne strukture molekule. Ključna razlika med teorijo molekularnih orbital in teorijo hibridizacije je ta, da teorija molekularnih orbital opisuje nastanek veznih in antiveznih orbital, medtem ko teorija hibridizacije opisuje nastanek hibridnih orbital.
Poleg tega v skladu s teorijo molekularnih orbital nove orbitalne oblike nastanejo zaradi mešanja atomskih orbital dveh atomov, medtem ko v teoriji hibridizacije nove orbitalne oblike tvorijo mešanje atomskih orbital istega atoma. Zato je to še ena razlika med teorijo molekularne orbite in teorijo hibridizacije.
Povzetek – Teorija molekularne orbite proti hibridizacijski teoriji
Tako teorija molekularne orbite kot teorija hibridizacije sta pomembni pri določanju strukture molekule. Ključna razlika med teorijo molekularnih orbital in teorijo hibridizacije je v tem, da teorija molekularnih orbital opisuje nastanek veznih in protiveznih orbital, medtem ko teorija hibridizacije opisuje nastanek hibridnih orbital.
