Η βασική διαφορά μεταξύ υβριδικών και εκφυλισμένων τροχιακών είναι ότι τα υβριδικά τροχιακά είναι νέα τροχιακά που σχηματίζονται από την ανάμειξη δύο ή περισσότερων τροχιακών, ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά υπάρχουν αρχικά σε ένα άτομο.
Όπως υποδηλώνει το όνομά του, ένα υβριδικό τροχιακό είναι ένα υβρίδιο δύο ή περισσότερων τροχιακών. Αν και το όνομα εκφυλισμένο τροχιακό φαίνεται το ίδιο, δεν είναι νεοσχηματισμένα τροχιακά – υπάρχουν ήδη σε ένα άτομο. Επιπλέον, όλα τα υβριδικά τροχιακά σε ένα μόριο έχουν την ίδια ενέργεια ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά σε ένα άτομο έχουν την ίδια ενέργεια.
Τι είναι τα υβριδικά τροχιακά;
Τα υβριδικά τροχιακά είναι τροχιακά που σχηματίζονται από το συνδυασμό δύο ή περισσότερων ατομικών τροχιακών. Αυτή τη διαδικασία συνδυασμού ονομάζουμε υβριδισμό. Πριν από το σχηματισμό αυτών των τροχιακών, τα ατομικά τροχιακά μπορεί να 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). Όμως, ο υβριδισμός έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό δύο τροχιακών sp που έχουν την ίδια ενέργεια. αυτή η ενέργεια βρίσκεται μεταξύ των ενεργειών των μεμονωμένων s και p ατομικών τροχιακών ενεργειών. Επιπλέον, αυτό το υβριδικό τροχιακό sp έχει 50% τροχιακά χαρακτηριστικά και 50% τροχιακά χαρακτηριστικά p.
Εικόνα 01: Υβριδισμός Sp
Η ιδέα του υβριδισμού μπήκε για πρώτη φορά στη συζήτηση επειδή οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι η θεωρία του δεσμού σθένους αποτυγχάνει να προβλέψει σωστά τη δομή ορισμένων μορίων όπως το CH4Αν 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 για να εξηγήσουμε αυτό το φαινόμενο ήταν να σκεφτούμε ότι τα τροχιακά s και p του ατόμου άνθρακα συντήκονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν νέα τροχιακά που ονομάζονται υβριδικά τροχιακά, τα οποία 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. Στη συνέχεια, υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια για το σχηματισμό τεσσάρων ομοιοπολικών δεσμών με τέσσερα άτομα υδρογόνου.
Τι είναι τα εκφυλισμένα τροχιακά;
Τα υποβαθμισμένα τροχιακά είναι τα ατομικά τροχιακά που έχουν την ίδια ενέργεια. Για παράδειγμα, στο υποκέλυφος του τροχιακού p, υπάρχουν τρία ατομικά τροχιακά που διαφέρουν μεταξύ τους ανάλογα με τη χωρική διάταξη. Αν και η ενέργεια αυτών των τριών τροχιακών p είναι η ίδια, είναι διατεταγμένα διαφορετικά. επομένως, τα ονομάζουμε εκφυλισμένα τροχιακά.
Εικόνα 02: Χωρική διάταξη τριών τροχιακών p
Ωστόσο, με την παρουσία ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, μπορούμε να αφαιρέσουμε τον εκφυλισμό. Είναι επειδή τα εκφυλισμένα τροχιακά τείνουν να λαμβάνουν διαφορετικές ενέργειες παρουσία αυτού του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου και δεν είναι πλέον εκφυλισμένα τροχιακά. Επιπλέον, πέντε d τροχιακά στο υποκέλυφος d είναι επίσης εκφυλισμένα τροχιακά επειδή έχουν την ίδια ενέργεια.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ υβριδικών και εκφυλισμένων τροχιακών;
Η βασική διαφορά μεταξύ υβριδικών και εκφυλισμένων τροχιακών είναι ότι τα υβριδικά τροχιακά είναι νέα τροχιακά που σχηματίζονται από την ανάμειξη δύο ή περισσότερων τροχιακών, ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι τροχιακά που υπάρχουν αρχικά σε ένα άτομο. Επιπλέον, τα υβριδικά τροχιακά είναι μοριακά τροχιακά, ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι ατομικά τροχιακά. Επιπλέον, τα υβριδικά τροχιακά είναι μοριακά τροχιακά που έχουν την ίδια ενέργεια ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι ατομικά τροχιακά που έχουν την ίδια ενέργεια. Για παράδειγμα, τα sp, sp2 και sp3 τροχιακά είναι υβριδικά τροχιακά ενώ τρία p τροχιακά στο p υποκέλυφος.
Σύνοψη – Υβριδικά εναντίον Εκφυλισμένων Τροχιακών
Τα υβριδικά τροχιακά είναι μοριακά τροχιακά ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι ατομικά τροχιακά. Η βασική διαφορά μεταξύ υβριδικών και εκφυλισμένων τροχιακών είναι ότι τα υβριδικά τροχιακά σχηματίζονται με την ανάμειξη δύο ή περισσότερων τροχιακών, ενώ τα εκφυλισμένα τροχιακά υπάρχουν αρχικά σε ένα άτομο.
