Klíčový rozdíl mezi molekulární orbitální teorií a hybridizační teorií je ten, že molekulární orbitální teorie popisuje tvorbu vazebných a antivazebných orbitalů, zatímco hybridizační teorie popisuje tvorbu hybridních orbitalů.
Existují různé teorie vyvinuté k určení elektronických a orbitálních struktur molekul. Teorie VSEPR, Lewisova teorie, teorie valenčních vazeb, teorie hybridizace a teorie molekulárních orbitalů jsou tak důležité teorie. Nejpřijatelnější teorií z nich je molekulární orbitální teorie.
Co je molekulární orbitální teorie?
Molekulární orbitální teorie je technika popisu elektronové struktury molekul pomocí kvantové mechaniky. Je to nejproduktivnější způsob vysvětlení chemické vazby v molekulách. Pojďme diskutovat o této teorii podrobně.
Nejprve musíme vědět, co jsou molekulární orbitaly. Chemická vazba se vytvoří mezi dvěma atomy, když čistá přitažlivá síla mezi dvěma atomovými jádry a elektrony mezi nimi překročí elektrostatické odpuzování mezi dvěma atomovými jádry. V podstatě to znamená, že přitažlivé síly mezi dvěma atomy by měly být vyšší než odpudivé síly mezi těmito dvěma atomy. Zde musí elektrony existovat v oblasti zvané „vazebná oblast“, aby vytvořily tuto chemickou vazbu. Pokud ne, elektrony budou v „antivazebné oblasti“, což pomůže odpudivé síle mezi atomy.
Pokud jsou však požadavky splněny a mezi dvěma atomy se vytvoří chemická vazba, pak se odpovídající orbitaly podílející se na vazbě nazývají molekulární orbitaly. Zde můžeme začít se dvěma orbitaly dvou atomů a skončit jedním orbitalem (molekulárním orbitalem), který patří oběma atomům.
Podle kvantové mechaniky se atomové orbitaly nemohou objevit ani zmizet, jak bychom si přáli. Když orbitaly na sebe vzájemně působí, mají tendenci odpovídajícím způsobem měnit svůj tvar. Ale podle kvantové mechaniky mohou volně měnit tvar, ale potřebují mít stejný počet orbitalů. Pak musíme najít chybějící orbital. Fázová kombinace dvou atomových orbitalů zde vytváří vazebný orbital, zatímco mimofázová kombinace tvoří antivazebný orbital.
Obrázek 01: Molekulární orbitální diagram
Vazebné elektrony obsazují vazebný orbital, zatímco elektrony v antivazebném orbitalu se na tvorbě vazby nepodílejí. Tyto elektrony spíše aktivně brání vzniku chemické vazby. Vazebný orbital má nižší potenciální energii než antivazebný orbital. Pokud uvažujeme sigma vazbu, označení pro vazebný orbital je σ a orbital protivazebný je σ. Tuto teorii můžeme použít k popisu struktury komplikovaných molekul, abychom vysvětlili, proč některé molekuly neexistují (tj. He2) a pořadí vazeb molekul. Tento popis tedy stručně vysvětluje základy molekulární orbitální teorie.
Co je Hybridizační teorie?
Hybridizační teorie je technika, kterou používáme k popisu orbitální struktury molekuly. Hybridizace je tvorba hybridních orbitalů smícháním dvou nebo více atomových orbitalů. Orientace těchto orbitalů určuje geometrii molekuly. Je to rozšíření teorie valenčních vazeb.
Před vytvořením atomových orbitalů mají různé energie, ale po vytvoření mají všechny orbitaly stejnou energii. Například atomový orbital s a atomový orbital p se mohou spojit a vytvořit dva orbitaly sp. Atomové orbitaly s a p mají různé energie (energie s < energie p). Ale po hybridizaci vytvoří dva sp orbitaly, které mají stejnou energii, a tato energie leží mezi energiemi jednotlivých atomových orbitálních energií s a p. Navíc tento hybridní orbital sp má 50 % orbitální charakteristiky s a 50 % orbitální charakteristiky p.
Obrázek 02: Vazba mezi hybridními orbitaly atomu uhlíku a s orbitaly atomů vodíku
Myšlenka hybridizace poprvé vstoupila do diskuse, protože vědci zjistili, že teorie valenčních vazeb nedokázala správně předpovědět strukturu některých molekul, jako je CH4Zde, i když má atom uhlíku podle své elektronové konfigurace pouze dva nepárové elektrony, může tvořit čtyři kovalentní vazby. K vytvoření čtyř vazeb musí existovat čtyři nepárové elektrony.
Jediný způsob, jak mohli vysvětlit tento jev, bylo myslet si, že s a p orbitaly atomu uhlíku se vzájemně spojí a vytvoří nové orbitaly zvané hybridní orbitaly, které mají stejnou energii. Zde jedno s + tři p dává 4 sp3 orbitaly. Proto elektrony vyplňují tyto hybridní orbitaly rovnoměrně (jeden elektron na hybridní orbital), přičemž se řídí Hundovým pravidlem. Pak existují čtyři elektrony pro vytvoření čtyř kovalentních vazeb se čtyřmi atomy vodíku.
Jaký je rozdíl mezi molekulární orbitální teorií a teorií hybridizace?
Molekulární orbitální teorie je technika popisu elektronové struktury molekul pomocí kvantové mechaniky. Hybridizační teorie je technika, kterou používáme k popisu orbitální struktury molekuly. Klíčový rozdíl mezi molekulární orbitální teorií a hybridizační teorií je tedy ten, že molekulární orbitální teorie popisuje tvorbu vazebných a antivazebných orbitalů, zatímco hybridizační teorie popisuje tvorbu hybridních orbitalů.
Dále, podle molekulární orbitální teorie, nové orbitální formy ze smíchání atomových orbitalů dvou atomů, zatímco v hybridizační teorii nové orbitální formy tvoří smíchání atomových orbitalů stejného atomu. Proto je to další rozdíl mezi molekulární orbitální teorií a teorií hybridizace.
Shrnutí – Molekulární orbitální teorie vs. Hybridizační teorie
Jak molekulární orbitální teorie, tak hybridizační teorie jsou důležité při určování struktury molekuly. Klíčový rozdíl mezi molekulární orbitální teorií a hybridizační teorií je ten, že molekulární orbitální teorie popisuje tvorbu vazebných a antivazebných orbitalů, zatímco hybridizační teorie popisuje tvorbu hybridních orbitalů.
