Η βασική διαφορά μεταξύ της θεωρίας μοριακών τροχιακών και της θεωρίας υβριδισμού είναι ότι η μοριακή τροχιακή θεωρία περιγράφει τον σχηματισμό τροχιακών δεσμών και αντι-δεσμών, ενώ η θεωρία υβριδισμού περιγράφει τον σχηματισμό υβριδικών τροχιακών.
Υπάρχουν διάφορες θεωρίες που αναπτύχθηκαν για τον προσδιορισμό των ηλεκτρονικών και τροχιακών δομών των μορίων. Η θεωρία VSEPR, η θεωρία Lewis, η θεωρία του δεσμού σθένους, η θεωρία υβριδισμού και η θεωρία μοριακών τροχιακών είναι τόσο σημαντικές θεωρίες. Η πιο αποδεκτή θεωρία μεταξύ αυτών είναι η μοριακή τροχιακή θεωρία.
Τι είναι η Μοριακή Τροχιακή Θεωρία;
Η μοριακή τροχιακή θεωρία είναι μια τεχνική περιγραφής της ηλεκτρονικής δομής των μορίων χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική. Είναι ο πιο παραγωγικός τρόπος εξήγησης των χημικών δεσμών στα μόρια. Ας συζητήσουμε αυτή τη θεωρία λεπτομερώς.
Πρώτον, πρέπει να γνωρίζουμε τι είναι τα μοριακά τροχιακά. Ένας χημικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ δύο ατόμων όταν η καθαρή ελκτική δύναμη μεταξύ δύο ατομικών πυρήνων και των ηλεκτρονίων μεταξύ τους υπερβαίνει την ηλεκτροστατική απώθηση μεταξύ δύο ατομικών πυρήνων. Βασικά, αυτό σημαίνει ότι οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ δύο ατόμων πρέπει να είναι υψηλότερες από τις δυνάμεις απώθησης μεταξύ αυτών των δύο ατόμων. Εδώ, τα ηλεκτρόνια πρέπει να υπάρχουν σε μια περιοχή που ονομάζεται «περιοχή δέσμευσης», για να σχηματίσουν αυτόν τον χημικό δεσμό. Εάν όχι, τα ηλεκτρόνια θα βρίσκονται στην «αντιδεσμευτική περιοχή» που θα βοηθήσει την απωστική δύναμη μεταξύ των ατόμων.
Ωστόσο, εάν πληρούνται οι απαιτήσεις και σχηματιστεί ένας χημικός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων, τότε τα αντίστοιχα τροχιακά που εμπλέκονται στη σύνδεση ονομάζονται μοριακά τροχιακά. Εδώ, μπορούμε να ξεκινήσουμε με δύο τροχιακά δύο ατόμων και να καταλήξουμε σε ένα τροχιακό (το μοριακό τροχιακό) που ανήκει και στα δύο άτομα.
Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, τα ατομικά τροχιακά δεν μπορούν να εμφανιστούν ή να εξαφανιστούν όπως θέλουμε. Όταν τα τροχιακά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, τείνουν να αλλάζουν ανάλογα το σχήμα τους. Αλλά σύμφωνα με την κβαντομηχανική, είναι ελεύθερα να αλλάξουν το σχήμα αλλά πρέπει να έχουν τον ίδιο αριθμό τροχιακών. Τότε πρέπει να βρούμε το τροχιακό που λείπει. Εδώ, ο εντός φάσης συνδυασμός των δύο ατομικών τροχιακών κάνει τον δεσμό τροχιακό ενώ ο συνδυασμός εκτός φάσης σχηματίζει το τροχιακό αντι-δεσμικό.
Εικόνα 01: Μοριακό Τροχιακό Διάγραμμα
Τα ηλεκτρόνια σύνδεσης καταλαμβάνουν το τροχιακό δεσμού ενώ τα ηλεκτρόνια στο τροχιακό αντι-δεσμού δεν συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμού. Μάλλον, αυτά τα ηλεκτρόνια αντιτίθενται ενεργά στο σχηματισμό του χημικού δεσμού. Το τροχιακό δεσμού έχει χαμηλότερη δυναμική ενέργεια από το τροχιακό αντι-δεσμού. Εάν λάβουμε υπόψη έναν δεσμό σίγμα, η ένδειξη για το τροχιακό δεσμού είναι σ και το τροχιακό αντισυγκόλλησης είναι σ. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη θεωρία για να περιγράψουμε τη δομή των περίπλοκων μορίων για να εξηγήσουμε γιατί ορισμένα μόρια δεν υπάρχουν (δηλαδή He2) και τη σειρά δεσμών των μορίων. Έτσι, αυτή η περιγραφή εξηγεί εν συντομία τη βάση της μοριακής τροχιακής θεωρίας.
Τι είναι η Θεωρία Υβριδισμού;
Η θεωρία υβριδισμού είναι μια τεχνική που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε την τροχιακή δομή ενός μορίου. Υβριδισμός είναι ο σχηματισμός υβριδικών τροχιακών με ανάμιξη δύο ή περισσότερων ατομικών τροχιακών. Ο προσανατολισμός αυτών των τροχιακών καθορίζει τη γεωμετρία του μορίου. Είναι μια επέκταση της θεωρίας του δεσμού σθένους.
Πριν από το σχηματισμό των ατομικών τροχιακών, έχουν διαφορετικές ενέργειες, αλλά μετά το σχηματισμό, όλα τα τροχιακά έχουν την ίδια ενέργεια. Για παράδειγμα, ένα ατομικό τροχιακό s και ένα ατομικό τροχιακό p μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν δύο τροχιακά sp. Τα ατομικά τροχιακά s και p έχουν διαφορετικές ενέργειες (ενέργεια s < ενέργεια του p). Αλλά μετά τον υβριδισμό, σχηματίζει δύο τροχιακά sp που έχουν την ίδια ενέργεια, και αυτή η ενέργεια βρίσκεται μεταξύ των ενεργειών μεμονωμένων s και p ατομικών τροχιακών ενεργειών. Επιπλέον, αυτό το υβριδικό τροχιακό sp έχει 50% τροχιακά χαρακτηριστικά και 50% τροχιακά χαρακτηριστικά p.
Εικόνα 02: Δεσμός μεταξύ υβριδικών τροχιακών ατόμου άνθρακα και s τροχιακών ατόμων υδρογόνου
Η ιδέα του υβριδισμού μπήκε αρχικά στη συζήτηση επειδή οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι η θεωρία του δεσμού σθένους απέτυχε να προβλέψει σωστά τη δομή ορισμένων μορίων όπως το CH4Εδώ, αν και το άτομο άνθρακα έχει μόνο δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια σύμφωνα με τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων του, μπορεί να σχηματίσει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς. Για να σχηματιστούν τέσσερις δεσμοί, πρέπει να υπάρχουν τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια.
Ο μόνος τρόπος που μπορούσαν να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο ήταν να σκεφτούν ότι τα τροχιακά s και p του ατόμου άνθρακα συντήκονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν νέα τροχιακά που ονομάζονται υβριδικά τροχιακά που έχουν την ίδια ενέργεια. Εδώ, ένα s + τρία p δίνει 4 sp3 τροχιακά. Επομένως, τα ηλεκτρόνια γεμίζουν αυτά τα υβριδικά τροχιακά ομοιόμορφα (ένα ηλεκτρόνιο ανά υβριδικό τροχιακό), υπακούοντας στον κανόνα του Hund. Τότε υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια για το σχηματισμό τεσσάρων ομοιοπολικών δεσμών με τέσσερα άτομα υδρογόνου.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μοριακής τροχιακής θεωρίας και της θεωρίας υβριδισμού;
Η μοριακή τροχιακή θεωρία είναι μια τεχνική περιγραφής της ηλεκτρονικής δομής των μορίων χρησιμοποιώντας την κβαντική μηχανική. Η θεωρία υβριδισμού είναι μια τεχνική που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε την τροχιακή δομή ενός μορίου. Έτσι, η βασική διαφορά μεταξύ της μοριακής τροχιακής θεωρίας και της θεωρίας υβριδισμού είναι ότι η μοριακή τροχιακή θεωρία περιγράφει τον σχηματισμό τροχιακών δεσμών και αντι-δεσμών, ενώ η θεωρία υβριδισμού περιγράφει τον σχηματισμό υβριδικών τροχιακών.
Επιπλέον, σύμφωνα με τη μοριακή τροχιακή θεωρία, νέες τροχιακές μορφές από την ανάμειξη ατομικών τροχιακών δύο ατόμων ενώ στη θεωρία υβριδισμού, νέες τροχιακές μορφές σχηματίζουν την ανάμειξη ατομικών τροχιακών του ίδιου ατόμου. Επομένως, αυτή είναι μια άλλη διαφορά μεταξύ της θεωρίας μοριακής τροχιάς και της θεωρίας υβριδισμού.
Σύνοψη – Μοριακή Τροχιακή Θεωρία εναντίον Θεωρίας Υβριδισμού
Τόσο η θεωρία μοριακών τροχιακών όσο και η θεωρία υβριδισμού είναι σημαντικές για τον προσδιορισμό της δομής ενός μορίου. Η βασική διαφορά μεταξύ της μοριακής τροχιακής θεωρίας και της θεωρίας υβριδισμού είναι ότι η μοριακή τροχιακή θεωρία περιγράφει τον σχηματισμό τροχιακών δεσμών και αντι-δεσμών, ενώ η θεωρία υβριδισμού περιγράφει τον σχηματισμό υβριδικών τροχιακών.
