Đại học · 15 phút

Trộn obitan s và p: các obitan lai sp, sp² và sp³

Đổi kiểu lai hoá và quan sát một obitan s cùng các obitan p tổ chức lại thành các thuỳ tương đương chỉ theo đường thẳng, tam giác hay tứ diện.

Mục tiêu

Gắn mỗi kiểu lai hoá (sp, sp², sp³) với một hình học phân tử và một hợp chất cacbon: etin, eten, metan.

Dụng cụ và hoá chất

Một obitan s và tối đa ba obitan p của nguyên tử cacbon; bật “atoms” sẽ gắn nguyên tử liên kết vào đầu mỗi thuỳ lai.

Cách làm

Bắt đầu ở sp³ và đếm bốn thuỳ; xoay cho tới khi nhận ra hình tứ diện của $\ce{CH4}$ .
Chuyển sang sp²: ba thuỳ dẹt vào một mặt phẳng ở 120°, như các liên kết trong $\ce{C2H4}$ ; hình dung obitan p còn lại vuông góc với mặt phẳng đó.
Chuyển sang sp: hai thuỳ chỉ về hai hướng ngược nhau, hình học của $\ce{C2H2}$ hay $\ce{CO2}$ .
Bật/tắt các nguyên tử lân cận và kiểm tra trục mỗi thuỳ trùng với một hướng liên kết.

Điều cần quan sát

sp cho đường thẳng 180°, sp² cho tam giác phẳng 120°, sp³ cho tứ diện 109,5° — các obitan lai luôn chỉ xa nhau hết mức có thể.
Mỗi obitan lai còn một thuỳ nhỏ phía đối diện; thuỳ lớn tập trung mật độ electron nơi liên kết hình thành.
Số obitan lai luôn bằng số obitan nguyên tử trộn vào: 1s + 1p → 2, 1s + 2p → 3, 1s + 3p → 4.

Giải thích

Lai hoá tổ hợp lại các obitan nguyên tử thành các obitan tương đương mới tối đa hoá chồng lấp theo phương liên kết. Trộn một s với $k$ obitan p cho $k+1$ obitan lai có hình học lý tưởng theo đối xứng: sp đường thẳng, sp² tam giác phẳng, sp³ tứ diện. Các obitan p không lai còn lại (hai cho sp, một cho sp²) tạo các liên kết π của liên kết đôi và ba — bước đầu từ obitan một electron tới mô tả liên kết bằng obitan phân tử và Hartree–Fock.

Nhà hoá học liên quan

Linus Pauling

Chủ đề liên quan

Phương trình Schrödinger, gần đúng Born-Oppenheimer Orbital, cấu hình electron, số lượng tử

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.