تفاوت اصلی بین نظریه اوربیتال مولکولی و نظریه هیبریداسیون این است که نظریه اوربیتال مولکولی تشکیل اوربیتال های پیوندی و ضد پیوند را توصیف می کند، در حالی که نظریه هیبریداسیون تشکیل اوربیتال های ترکیبی را توصیف می کند.
نظریه های مختلفی برای تعیین ساختارهای الکترونیکی و مداری مولکول ها ایجاد شده است. نظریه VSEPR، نظریه لوئیس، نظریه پیوند ظرفیت، نظریه هیبریداسیون و نظریه اوربیتال مولکولی چنین نظریه های مهمی هستند. قابل قبول ترین نظریه در بین آنها نظریه اوربیتال مولکولی است.
نظریه اوربیتال مولکولی چیست؟
نظریه اوربیتال مولکولی تکنیکی برای توصیف ساختار الکترونیکی مولکول ها با استفاده از مکانیک کوانتومی است. این سازنده ترین راه برای توضیح پیوند شیمیایی در مولکول ها است. اجازه دهید این نظریه را به تفصیل مورد بحث قرار دهیم.
اول، ما باید بدانیم اوربیتال های مولکولی چیست. پیوند شیمیایی بین دو اتم تشکیل می شود که نیروی جاذبه خالص بین دو هسته اتم و الکترون های بین آنها از دافعه الکترواستاتیک بین دو هسته اتمی بیشتر شود. اساساً این بدان معناست که نیروهای جاذبه بین دو اتم باید بیشتر از نیروهای دافعه بین آن دو اتم باشد. در اینجا، الکترون ها باید در ناحیه ای به نام "ناحیه اتصال" وجود داشته باشند تا این پیوند شیمیایی را تشکیل دهند. در غیر این صورت، الکترون ها در "منطقه ضد اتصال" قرار خواهند گرفت که به نیروی دافعه بین اتم ها کمک می کند.
با این حال، اگر الزامات برآورده شوند و پیوند شیمیایی بین دو اتم تشکیل شود، اوربیتال‌های مربوطه درگیر در پیوند، اوربیتال‌های مولکولی نامیده می‌شوند.در اینجا، می‌توانیم با دو اوربیتال دو اتم شروع کنیم و به یک اوربیتال (اوربیتال مولکولی) که متعلق به هر دو اتم است، خاتمه دهیم.
طبق مکانیک کوانتومی، اوربیتال های اتمی نمی توانند آنطور که می خواهیم ظاهر یا ناپدید شوند. هنگامی که اوربیتال ها با یکدیگر برهمکنش می کنند، تمایل دارند شکل خود را مطابق با آن تغییر دهند. اما طبق مکانیک کوانتومی، آنها آزادند که شکل را تغییر دهند، اما باید تعداد اوربیتال های یکسانی داشته باشند. سپس باید مدار گم شده را پیدا کنیم. در اینجا، ترکیب درون فازی دو اوربیتال اتمی، اوربیتال پیوند را می سازد در حالی که ترکیب خارج از فاز، اوربیتال ضد پیوند را تشکیل می دهد.
شکل 01: نمودار مداری مولکولی
الکترون های پیوندی اوربیتال پیوند را اشغال می کنند در حالی که الکترون های اوربیتال ضد پیوند در تشکیل پیوند شرکت نمی کنند.بلکه این الکترون ها فعالانه با تشکیل پیوند شیمیایی مخالفت می کنند. اوربیتال پیوند دارای انرژی پتانسیل کمتری نسبت به اوربیتال ضد پیوند است. اگر یک پیوند سیگما را در نظر بگیریم، علامت اوربیتال پیوندی σ و اوربیتال ضد پیوند σ است. ما می‌توانیم از این نظریه برای توصیف ساختار مولکول‌های پیچیده استفاده کنیم تا توضیح دهیم چرا برخی مولکول‌ها وجود ندارند (به عنوان مثال He2) و ترتیب پیوند مولکول‌ها. بنابراین، این توصیف به طور خلاصه اساس نظریه مداری مولکولی را توضیح می دهد.
نظریه هیبریداسیون چیست؟
نظریه هیبریداسیون تکنیکی است که ما برای توصیف ساختار مداری یک مولکول استفاده می کنیم. هیبریداسیون تشکیل اوربیتال های هیبریدی با اختلاط دو یا چند اوربیتال اتمی است. جهت این اوربیتال ها هندسه مولکول را تعیین می کند. این یک بسط نظریه پیوند ظرفیت است.
قبل از تشکیل اوربیتال‌های اتمی، انرژی‌های متفاوتی دارند، اما پس از تشکیل، همه اوربیتال‌ها انرژی یکسانی دارند.به عنوان مثال، یک اوربیتال اتمی s و یک اوربیتال اتمی p می توانند ترکیب شوند و دو اوربیتال sp را تشکیل دهند. اوربیتال های اتمی s و p انرژی های متفاوتی دارند (انرژی s < انرژی p). اما پس از هیبریداسیون، دو اوربیتال sp را تشکیل می دهد که انرژی یکسانی دارند و این انرژی بین انرژی های تک تک انرژی های مداری اتمی s و p قرار می گیرد. علاوه بر این، این اوربیتال هیبریدی sp دارای 50% خصوصیات مداری و 50% خصوصیات مداری p است.
شکل 02: پیوند بین اوربیتال های ترکیبی اتم کربن و اوربیتال های اتم های هیدروژن
ایده هیبریداسیون ابتدا وارد بحث شد زیرا دانشمندان مشاهده کردند که نظریه پیوند ظرفیت در پیش بینی درست ساختار برخی از مولکول ها مانند CH4 شکست خورده است.در اینجا، اگرچه اتم کربن با توجه به پیکربندی الکترونی خود تنها دو الکترون جفت نشده دارد، اما می تواند چهار پیوند کووالانسی تشکیل دهد. برای تشکیل چهار پیوند، باید چهار الکترون جفت نشده وجود داشته باشد.
تنها راهی که آنها می توانستند این پدیده را توضیح دهند این بود که فکر کنند اوربیتال های s و p اتم کربن با یکدیگر ترکیب می شوند و اوربیتال های جدیدی به نام اوربیتال های ترکیبی که انرژی یکسانی دارند تشکیل می دهند. در اینجا یک s + سه p 4 sp
3 اوربیتال می دهد. بنابراین، الکترون‌ها این اوربیتال‌های هیبریدی را به طور یکنواخت پر می‌کنند (یک الکترون در هر اوربیتال هیبریدی)، با اطاعت از قانون هوند. سپس چهار الکترون برای تشکیل چهار پیوند کووالانسی با چهار اتم هیدروژن وجود دارد.
تفاوت بین نظریه اوربیتال مولکولی و نظریه هیبریداسیون چیست؟
نظریه اوربیتال مولکولی تکنیکی برای توصیف ساختار الکترونیکی مولکول ها با استفاده از مکانیک کوانتومی است. تئوری هیبریداسیون تکنیکی است که ما برای توصیف ساختار مداری یک مولکول استفاده می کنیم.بنابراین، تفاوت اصلی بین نظریه اوربیتال مولکولی و نظریه هیبریداسیون این است که نظریه اوربیتال مولکولی تشکیل اوربیتال های پیوندی و ضد پیوند را توصیف می کند، در حالی که نظریه هیبریداسیون تشکیل اوربیتال های هیبریدی را توصیف می کند.
علاوه بر این، طبق نظریه اوربیتال مولکولی، اوربیتال های جدید از اختلاط اوربیتال های اتمی دو اتم شکل می گیرند در حالی که در نظریه هیبریداسیون، اشکال مداری جدید اختلاط اوربیتال های اتمی همان اتم را تشکیل می دهند. بنابراین، این تفاوت دیگری است بین نظریه اوربیتال مولکولی و نظریه هیبریداسیون.
خلاصه - نظریه مداری مولکولی در مقابل نظریه هیبریداسیون
هم نظریه اوربیتال مولکولی و هم نظریه هیبریداسیون در تعیین ساختار یک مولکول مهم هستند.تفاوت اصلی بین نظریه اوربیتال مولکولی و نظریه هیبریداسیون این است که نظریه اوربیتال مولکولی تشکیل اوربیتال های پیوندی و ضد پیوند را توصیف می کند، در حالی که نظریه هیبریداسیون تشکیل اوربیتال های هیبریدی را توصیف می کند.
