ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Οσχηµατισµός δεσµών µε απλή επικάλυψη ατοµικών τροχιακών, σε πολλές περιπτώσεις, αδυνατεί να ερµηνεύσει τη δοµή των µορίων, όπως π.χ. των οργανικών ενώσεων. Μια προωθηµένη αντίληψη για την ερµηνεία του οµοιοπολικού δεσµού µε βάση τη θεωρία δεσµού σθένους αποτελεί ο υβριδισµός. Υβριδισµόςείναι ο γραµµικός συνδυασµός (πρόσθεση ή αφαίρεση) ατοµικών τροχιακών προς δηµιουργία νέων ισότιµων ατοµικών τροχιακών (υβριδικών τροχιακών). Τα υβριδικά τροχιακά είναι αριθµητικά ίσα µε τα συνδυαζόµενα ατοµικά τροχιακά, διαφέρουν όµως απ αυτά ως προς την ενέργεια, τη µορφή και τον προσανατολισµό. Έχουν σχήµα ζεύγους οµοαξονικών αλλά άνισου µεγέθους λοβών.
sp ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Στηνπερίπτωση του Beτα s και pατοµικά τροχιακά του ατόµου του Beσυνδυάζονται και δηµιουργούν δύο νέα όµοια µεταξύ τους τροχιακά. Τα δύο αυτά νέα τροχιακά ονοµάζονται sp υβριδικά τροχιακάκαι στη δηµιουργία τους έχει συνεισφέρει κατά 50% το τροχιακό s και κατά 50% το τροχιακό p.. Οένας από τους δύο λοβούς του υβριδικού τροχιακού είναι πολύ µεγαλύτερος από τον άλλο γι αυτό και ο βαθµός επικάλυψης των υβριδικών τροχιακών µε τα ατοµικά τροχιακά ενός άλλου ατόµου είναι µεγαλύτερος. Αυτό οδηγεί σε ισχυρότερους δεσµούς.
sp ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Κατάτον σχηµατισµό του φθοριούχου βηρυλλίου (BeF 2 ) τα δύο αυτά sp υβριδικά τροχιακά του Be επικαλύπτουν τα δύο p τροχιακά των ατόµων του F και σχηµατίζουν δύο σ δεσµούς. Είναιφανερό ότι η µορφή του µορίου του φθοριούχου βηρυλλίου είναι γραµµική.
sp 2 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Στοάτοµο του Βορίου συνδυάζονται ένα s και δύο pατοµικά τροχιακά οπότε προκύπτουν 3 sp 2 υβριδικά τροχιακά. Τριγωνική διάταξη
sp 2 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Ότανλοιπόν σχηµατίζεται το µόριο του φθοριούχου βορίου (BF 3 ) τα τρία αυτά sp 2 υβριδικά τροχιακά του B επικαλύπτουν τα τρία p τροχιακά των ατόµων του F και σχηµατίζουν τρεις σ δεσµούς. Είναι φανερό ότι η µορφή του µορίου του φθοριούχου βορίου είναι επίπεδη τριγωνική.
sp 3 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Στοάτοµο του άνθρακα συνδυάζονται ένα s και τρία p τροχιακά οπότε.. παίρνουµε τέσσερα νέα υβριδικά τροχιακά που ονοµάζονται sp 3 τροχιακά. Η διάταξη των τεσσάρων sp 3 υβριδικών τροχιακών στο χώρο είναι διάταξη τριγωνικής πυραµίδας (τετράεδρο).
sp 3 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ Αν τώρα τα τέσσερα sp 3 τροχιακά του άνθρακα επικαλυφθούν µε τέσσερα s τροχιακά του υδρογόνου τότε σχηµατίζονται τέσσερις σ-δεσµοί και έχουµε το µόριο του µεθανίου (CH 4 ).
sp 3 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ (ΑΠΛΟΣ ΕΣΜΟΣ C-C C ) Στα µόρια των κορεσµένων υδρογονανθράκων υφίστανται σ δεσµοί του τύπου s-sp 3 ανάµεσα στα άτοµα του άνθρακα και στα άτοµα του υδρογόνου και σ δεσµοί του τύπου sp 3 -sp 3 ανάµεσα στα άτοµα άνθρακα. ΕΞΙσ-δεσµοί s-sp 3 ΕΝΑΣσ-δεσµός sp 3 -sp 3 Μόριοαιθανίου CH 3 -CH 3
sp 2 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ ( ΙΠΛΟΣ ΕΣΜΟΣ C=C C ) Στο µόριο του αιθυλενίου κάθε άτοµο άνθρακα έχει τρία sp 2 υβριδικά τροχιακά και παραµένει ένα τροχιακό p, το οποίο είναι προσανατολισµένο καθέτως προς το επίπεδο των υβριδικών τροχιακών. Ανάµεσαστα άτοµα του άνθρακα και στα άτοµα του υδρογόνου δηµιουργούνται σ δεσµοί του τύπου sp 2 -s. Τα δύο άτοµα C συνδέονται µεταξύ τους µε ένα σ δεσµό του τύπου sp 2 - sp 2 και ένα π που προκύπτει µε επικάλυψη p z - p z.
sp 2 ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ ( ΙΠΛΟΣ ΕΣΜΟΣ C=C C ) ηλαδή, στο διπλό δεσµό > C = C < ο ένας δεσµός είναι σ και ο άλλος είναι π. Ο σ δεσµός είναι πιο σταθερός από τον π. Η περιγραφή του διπλού δεσµού µε τον υβριδισµό δικαιολογεί πολλές από τις ιδιότητες του διπλού δεσµού, π.χ. αντιδράσεις προσθήκης. πδεσµός σδεσµός
sp ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ (ΤΡΙΠΛΟΣ ΕΣΜΟΣ C C ) Σε κάθε άτοµο άνθρακα του αιθινίου συνδυάζονται δύο τροχιακά ένα s και ένα p και δηµιουργούνται δύο spυβριδικά τροχιακά ενώ περισσεύουν δύο p τροχιακά (py, pz), µε ένα µονήρες ηλεκτρόνιο το καθένα. Κατάτο σχηµατισµό του HC CH, κάθε άτοµο C ενώνεται µε σ δεσµό µ ένα άτοµο Η (επικάλυψη τροχιακών sp-s), ενώ τα δύο άτοµα C συνδέονται µεταξύ τους µε ένα δεσµό σ (επικάλυψη τροχιακών sp-sp) και δύο π δεσµούς (επικάλυψη τροχιακών p-p)
sp ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ (ΤΡΙΠΛΟΣ ΕΣΜΟΣ C C ) Ανάµεσα στους δύο άνθρακες υπάρχει ένας ισχυρός σ δεσµός και δύο ασθενείς π δεσµοί. Έτσι εξηγείται η ιδιότητα που έχει το ακετυλένιο να δίνει δύο διαδοχικές αντιδράσεις προσθήκης. σδεσµός πδεσµός πδεσµός H C C H
Σε ερωτήσεις που έχουν σχέση µε δεσµούς και υβριδισµό θα δίνεται ο τύπος ή το όνοµα κάποιας χηµικής ένωσης και θα ζητείται το πλήθος των δεσµών, το είδος των δεσµών σ ή π και επιπλέον το είδος των τροχιακών που επικαλύφθηκαν για να προκύψουν οι δεσµοί. Η πρώτη µας δουλειά είναι να γράψουµε τον ανεπτυγµένο συντακτικό τύπο της οργανικής ένωσης και να µετρήσουµε το σύνολο των χηµικών δεσµών (οι οποίοι συµβολίζονται µε παύλες). Θυµόµαστε ότι κάθε άνθρακας πρέπει να έχει τέσσερις παύλες, κάθε άζωτο τρεις, κάθε οξυγόνο δύο και κάθε υδρογόνο µία.
Ηδεύτερη ενέργεια µας είναι να υπολογίσουµε το πλήθος των π δεσµών. Θυµόµαστε ότι όλοι οι απλοί δεσµοί είναι σ δεσµοί, ο κάθε διπλός αποτελείται από ένα σ και ένα π δεσµό ενώ ο κάθε τριπλός αποτελείται από ένα σ και δύο π δεσµούς. Το πλήθος των σ δεσµών βρίσκεται εύκολα αν από το σύνολο των δεσµών αφαιρέσουµε το πλήθος των π δεσµών. Ανερωτηθούµε για το είδος των τροχιακών που επικαλύφθηκαν για να σχηµατιστούν κάποιοι συγκεκριµένοι δεσµοί θα πρέπει να θυµόµαστε τα παρακάτω :
1. Κάθε κορεσµένος άνθρακας (διαθέτει µόνο απλούς δεσµούς) εµφανίζει sp 3 υβριδισµό και εποµένως διαθέτει 4 υβριδικά τροχιακά sp 3. Ο απλός δεσµός ανάµεσα σε δύο άνθρακες είναι σ δεσµός (sp 3 -sp 3 ). 2. Κάθε άνθρακας που συµµετέχει σε διπλό δεσµό εµφανίζει sp 2 υβριδισµό και εποµένως διαθέτει 3 υβριδικά sp 2 τροχιακά και ένα αµιγές p τροχιακό. Ο διπλός δεσµός ανάµεσα σε δύο άνθρακες αποτελείται λοιπόν από ένα σ δεσµό (sp 2 -sp 2 ) και έναν π δεσµό (p-p). Γενικότερα οποιοσδήποτε π δεσµός δηµιουργείται από επικάλυψη p-p τροχιακών που έχουν παράλληλους άξονες.
3. Κάθε άνθρακας που συµµετέχει σε τριπλό δεσµό εµφανίζει sp υβριδισµό και εποµένως διαθέτει 2 υβριδικά sp τροχιακά και δύο αµιγή p τροχιακά. Ο τριπλός δεσµός ανάµεσα σε δύο άνθρακες αποτελείται λοιπόν από ένα σ δεσµό (sp-sp) και δύο π δεσµούς (p-p). 4. Το υδρογόνο σχηµατίζει µόνο απλούς σ δεσµούς µε το s τροχιακό του.
5. Το οξυγόνο µπορεί να σχηµατίσει είτε δύο απλούς είτε ένα διπλό δεσµό. Όταν σχηµατίζει απλούς έχει υβριδισµό sp 3 ενώ όταν σχηµατίζει διπλό έχει υβριδισµό sp 2. 6. Το άζωτο µπορεί να σχηµατίσει είτε τρεις απλούς δεσµούς, είτε έναν απλό και ένα διπλό είτε ακόµα ένα τριπλό. Στην πρώτη περίπτωση έχει sp 3 υβριδισµό, στην δεύτερη sp 2 υβριδισµό και στην τελευταία έχει sp υβριδισµό.