A legfontosabb különbség a molekuláris pályaelmélet és a hibridizációs elmélet között az, hogy a molekuláris pályaelmélet a kötő- és kötőpályák kialakulását írja le, míg a hibridizációs elmélet a hibrid pályák kialakulását írja le.
Különböző elméleteket dolgoztak ki a molekulák elektron- és pályaszerkezetének meghatározására. A VSEPR-elmélet, a Lewis-elmélet, a vegyértékkötés-elmélet, a hibridizációs elmélet és a molekuláris pályaelmélet ilyen fontos elméletek. Közülük a legelfogadhatóbb elmélet a molekuláris pályaelmélet.
Mi az a molekuláris pályaelmélet?
A molekuláris pályaelmélet a molekulák elektronszerkezetének kvantummechanika segítségével történő leírására szolgáló technika. Ez a legtermékenyebb módja a molekulák kémiai kötéseinek magyarázatának. Beszéljük meg ezt az elméletet részletesen.
Először is tudnunk kell, mik a molekuláris pályák. Kémiai kötés akkor jön létre két atom között, ha két atommag és a közöttük lévő elektronok közötti nettó vonzóerő meghaladja a két atommag közötti elektrosztatikus taszítást. Ez alapvetően azt jelenti, hogy a két atom közötti vonzóerőnek nagyobbnak kell lennie, mint a két atom közötti taszító erőknek. Itt az elektronoknak egy „kötő régiónak” nevezett régióban kell létezniük, hogy létrehozzák ezt a kémiai kötést. Ha nem, az elektronok az „anti-kötési régióban” lesznek, ami segíti az atomok közötti taszító erőt.
Ha azonban a követelmények teljesülnek, és két atom között kémiai kötés alakul ki, akkor a kötésben részt vevő megfelelő pályákat molekulapályáknak nevezzük. Itt kezdhetjük két atom két pályájával, és egy pályával (molekulapályával) végezhetünk, amely mindkét atomhoz tartozik.
A kvantummechanika szerint az atomi pályák nem jelenhetnek meg vagy tűnhetnek el úgy, ahogy szeretnénk. Amikor a pályák kölcsönhatásba lépnek egymással, hajlamosak ennek megfelelően megváltoztatni alakjukat. De a kvantummechanika szerint szabadon változtathatják az alakjukat, de ugyanannyi pályával kell rendelkezniük. Ezután meg kell találnunk a hiányzó pályát. Itt a két atompálya egyfázisú kombinációja teszi a kötőpályát, míg a fázison kívüli kombináció a kötésgátló pályát.
01. ábra: Molekuláris pályadiagram
A kötő elektronok elfoglalják a kötőpályát, míg az anti-kötőpályán lévő elektronok nem vesznek részt a kötés kialakulásában. Inkább ezek az elektronok aktívan ellenzik a kémiai kötés kialakulását. A kötőpályának kisebb a potenciális energiája, mint a kötőpályának. Ha egy szigma kötést tekintünk, akkor a kötőpálya jelölése σ, az anti-kötés pálya σ. Ezzel az elmélettel leírhatjuk bonyolult molekulák szerkezetét, hogy megmagyarázzuk, miért nem léteznek egyes molekulák (azaz He2), valamint a molekulák kötési sorrendjét. Így ez a leírás röviden elmagyarázza a molekuláris pályaelmélet alapjait.
Mi az a hibridizációs elmélet?
A hibridizációs elmélet egy olyan technika, amelyet egy molekula pályaszerkezetének leírására használunk. A hibridizáció hibrid pályák kialakítása két vagy több atompálya keverésével. Ezeknek a pályáknak az orientációja határozza meg a molekula geometriáját. Ez a vegyértékkötés-elmélet kiterjesztése.
Az atompályák kialakulása előtt eltérő energiájúak, de a kialakulás után az összes pályának ugyanaz az energiája. Például egy s atompálya és egy p atompálya két sp pályát alkothat. Az s és p atompályák különböző energiájúak (s < p energiája). De a hibridizáció után két azonos energiájú sp pályát képez, és ez az energia az egyes s és p atompálya energiái között van. Ezen túlmenően ennek az sp hibrid pályának 50% s és 50% p pályakarakterisztikája van.
02. ábra: A szénatom hibrid pályái és a hidrogénatomok hibridpályái közötti kötés
A hibridizáció gondolata először azért került a vitába, mert a tudósok megfigyelték, hogy a vegyértékkötés-elmélet nem tudta helyesen megjósolni egyes molekulák szerkezetét, például a CH4Itt, bár a szénatomnak csak két párosítatlan elektronja van az elektronkonfigurációja szerint, négy kovalens kötést tud kialakítani. Négy kötés kialakításához négy párosítatlan elektronnak kell lennie.
A jelenséget csak úgy tudták megmagyarázni, ha azt gondolták, hogy a szénatom s és p pályái összeolvadnak egymással, és új, hibrid pályáknak nevezett pályákat alkotnak, amelyek energiája azonos. Itt egy s + három p 4 sp3 pályát ad. Ezért az elektronok egyenletesen töltik meg ezeket a hibrid pályákat (hibridpályánként egy elektron), engedelmeskedve a Hund szabályának. Ezután négy elektron van a négy kovalens kötés kialakításához négy hidrogénatommal.
Mi a különbség a molekuláris pályaelmélet és a hibridizációs elmélet között?
A molekuláris pályaelmélet a molekulák elektronszerkezetének kvantummechanika segítségével történő leírására szolgáló technika. A hibridizációs elmélet egy olyan technika, amelyet egy molekula orbitális szerkezetének leírására használunk. Tehát a legfontosabb különbség a molekuláris pályaelmélet és a hibridizációs elmélet között az, hogy a molekuláris pályaelmélet leírja a kötő- és kötésellenes pályák kialakulását, míg a hibridizációs elmélet a hibrid pályák kialakulását írja le.
Továbbá a molekuláris pályaelmélet szerint két atom atomi pályáinak keveredéséből új pályák alakulnak ki, míg a hibridizációelméletben új pályaformák jönnek létre ugyanazon atom atomi pályáinak keveredéséből. Ezért ez egy újabb különbség a molekulapálya-elmélet és a hibridizációs elmélet között.
Összefoglaló – Molekuláris pályaelmélet vs hibridizációs elmélet
A molekulapálya-elmélet és a hibridizációs elmélet egyaránt fontos a molekula szerkezetének meghatározásában. A legfontosabb különbség a molekuláris pályaelmélet és a hibridizációs elmélet között az, hogy a molekuláris pályaelmélet a kötő- és kötőpályák kialakulását írja le, míg a hibridizációs elmélet a hibrid pályák kialakulását írja le.
