Wolna encyklopedia
Hybrydyzacja - w chemii kwantowej to matematyczne przekształcenie funkcji orbitalnych, polegające na "skrzyżowaniu" dwóch lub więcej orbitali atomowych, na skutek czego powstają nowe orbitale, posiadające inny kształt i energię. W istocie hybrydyzacja jest operacją matematyczną ułatwiającą skonstruowanie teorii orbitali walencyjnych, a nie rzeczywistym zjawiskiem fizycznym.
Teoria hybrydyzacji została stworzona, aby wyjaśnić zmienną wartościowość pierwiastków oraz ich zdolność do tworzenia wiązań o różnych kątach, w różnych związkach chemicznych. Zrozumienie zasad hybrydyzacji jest pomocne przy teorii powstawania orbitali molekularnych.
Koncepcja hybrydyzacji pojawia się w teorii wiązań kowalencyjnych. Orbitale wiązań chemicznych tworzy się nie ze "zwykłych" orbitali atomowych (jak w metodzie orbitali molekularnych), lecz z ich kombinacji liniowych - czyli hybryd. Hybrydy te tworzy się w taki sposób, by były "skierowane" wzdłuż osi wiązania.
Nie ma sensu stwierdzenie, że hybrydyzacja wyjaśnia kształt cząsteczek (np. cząsteczki metanu). Przeciwnie - to z informacji o kształcie i symetrii cząsteczki wnioskuje się, jakiej użyć hybrydyzacji. Zastosowanie hybrydyzacji pozwala przedstawić orbital wiążący danego wiązania za pomocą kombinacji dwóch orbitali atomowych zhybrydyzowanych, po jednym od każdego z atomów tworzących wiązanie. Jest to koncepcyjne uproszczenie w stosunku do "zwykłej" metody LCAO MO, w której orbital molekularny jest zwykle kombinacją kilku, kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu orbitali atomowych.
Przyjmowana hybrydyzacja atomu węgla w związkach organicznych zależy od tego, czy tworzy on wyłącznie wiązanie pojedyncze, czy też wiązania wielokrotne z innym atomem węgla lub tzw. heteroatomami. Gdy analizowany atom węgla jest związany:
- tylko wiązaniami pojedynczymi - przyjmuje się, że atom węgla ma hybrydyzację sp3, co wiąże się z tym, że kąty między najbliższymi parami tych wiązań wynoszą 109,5°; przyjmując, że atom węgla znajduje się w geometrycznym środku czworościanu foremnego, cztery jego wiązania są skierowane ku czterem wierzchołkom tego czworościanu.
- jedno lub dwa wiązania podwójne - hybrydyzacja sp2 - kąty wiązań między podwójnymi i pojedynczymi wiązaniami wynoszą ok. 120° i znajdują się wszystkie w jednej płaszczyźnie, a zatem cały układ wokół atomu węgla sp2 jest trójkątny i płaski.
- jedno wiązanie potrójne - hybrydyzacja sp - kąt między wiązaniem potrójnym i pojedynczym wynosi 180° - a zatem cały układ wokół atomu węgla sp jest liniowy.
 Hybryda sp przyjęta np: dla obu atomów węgla w acetylenie |
 Hybryda sp2 przyjęta dla np: na obu atomów węgla w etylenie |
 Hybryda sp3 - przyjęta dla np: atomu węgla w metanie. |
Przykłady określania hybrydyzacji atomu centralnego węgla, azotu i siarki w różnych związkach chemicznych:
| Związek | Hybrydyzacja |
|---|---|
| dwutlenek węgla (CO2) | sp |
| etan (C2H6) | sp3 |
| benzen (C6H6) | sp2 |
| tlenek azotu(IV) (NO2) | sp2 |
| amoniak (NH3) | sp3 |
| sześciofluorek siarki (SF6) | sp3d2 |