ไฮบริไดเซชัน (Hybridisation)

             คือ การที่ออร์บิทัลต่างชนิดใน  subenergy level หรือ subshell  ของ  energylevel  เดียวกัน  เกิดการรวมตัวกันเป็นออร์บิทัลลูกผสม (hybrid orbitals)  ทำให้มีรูปร่างของออร์บิทัลต่างไปจากเดิม   และมีการจัดตำแหน่งของออร์บิทัลที่เกิดขึ้นใหม่ให้เกิดความสมดุลมากที่สุด  จึงเกิดรูปทรงเรขาคณิตขึ้นมาใหม่ด้วย

                ไฮบริไดเซชั่นจะเกิดขึ้นเมื่ออะตอมถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูง (เกิดขึ้นได้กับธาตุบางธาตุเท่านั้น) กล่าวคือขณะที่อะตอมมีพลังงานต่ำ (Ground state)  การจัดอิเล็กตรอนจะเป็นแบบปกติ  แต่เมื่อมีพลังงานสูง (Excited state) อิเล็กตรอนบางตัวในบางออร์บิทัลของ subshell หรือ subenergy level  ที่มีพลังงานต่ำกว่า  จะย้ายที่ไปอยู่ในออร์บิทัลของ  subshell หรือ subenergy level  ที่มีพลังงานสูงกว่า  โดย  subshell หรือ subenergy level  ดังกล่าวต้องอยู่ใน  energy level   เดียวกัน จากนั้นจึงรวมตัวกันหรือเรียกว่าเกิด hybridisation เป็น orbitals ชุดใหม่  เรียกว่า hybrid orbitals  อิเล็กตรอนทุกตัวใน hybrid orbitals  มีพลังงานเท่ากัน   ให้สังเกตว่าจำนวนออร์บิทัลเดิมกับจำนวน hybrid orbitals  ที่เกิดขึ้นจะมีเท่ากัน  ในที่นี้จะกล่าวเฉพาะไฮบริไดเซชันที่มีชื่อว่า  sp  sp²  sp³  sp³d  และ  sp³d²  เท่านั้น  พิจารณาจากตัวอย่างต่อไปนี้   

ตัวอย่าง  การเกิดไฮบริไดเซชัน sp 
                ธาตุที่จะเกิดไฮบริไดเซชันชนิดนี้ได้  อย่างน้อยต้องเป็นธาตุคาบที่  2  ขึ้นไป  ธาตุคาบที่  1  เกิดไฮบริไดเซชันไม่ได้เพราะไม่มี  subenergy level p  ธาตุที่จะเกิดไฮบริไดเซชันแบบนี้การจัดอิเล็กตรอนใน  subshell หรือ subenergy level s  จะเป็นแบบจัดเต็ม  แต่ใน  subshell  หรือ subenergy level p  ยังมีออร์บิทัลว่างเหลืออยู่  ดังรูป

 

พิจารณาการจัดอิเล็กตรอนของ  Be  ในภาวะปกติหรือพลังงานต่ำ (ground state)  จะเป็น  1s²  2s²  ไม่มีอิเล็กตรอนใน  2p  แต่เมื่อพลังงานสูง (excited state)  อิเล็กตรอน  1  ตัวจาก  2s²  จะย้ายไปอยู่ในออร์บิทัล  2p_x  จึงเกิดออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยว  2  ออร์บิทัล  คือ  2s¹  และ     ( 2p_y  2p_z  ยังว่างอยู่)  จากนั้นรวมตัวกัน (เกิดไฮบริไดเซชัน) เป็นไฮบริดออร์บิทัลชื่อ  sp  (พลังงานเท่ากัน)  ดังรูป
  ถ้าแสดงด้วยรูปร่างออร์บิทัลจะเป็นดังนี้


 

รูปทรงเรขาคณิตของไฮบริดออร์บิทัล  sp  มีรูปร่างเป็นเส้นตรง (linear)  ทำมุม  180  องศา  เมื่อทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น  โมเลกุลของสารประกอบที่เกิดขึ้นจะมีรูปร่างเป็นเส้นตรงเช่นกัน  เช่น  BeCl₂  ดังรูป

                                                                                            (คลิ้ก  ชมการเกิดไฮบริไดเซชัน  sp)

ตัวอย่าง  การเกิดไฮบริไดเซชั่น sp²
            ให้สังเกตว่าอะตอมที่จะเกิดไฮบริไดเซชันชนิดนี้จะจัดอิเล็กตรอนเต็มใน  subshell  s  เต็ม  แต่  subshell  p  มีอิเล็กตรอนเดี่ยวอยู่บ้างแต่ยังมีออร์บิทัลว่างเหลืออยู่   เช่น  การเกิดไบริไดเซชันของ ₅B  ขณะที่อะตอมอยู่ในภาวะปกติ (ground state พลังงานต่ำ)  การจัดอิเล็กตรอนจะเป็นดังนี้  ;
                ₅B  1s²  2s²  2px¹ 2py⁰  2pz⁰
แต่เมื่อยู่ในภาวะถูกกระต้น (excited  state  พลังงานสูง)  อิเล็กตรอน  1  ตัวจาก  2s²  จะย้ายไปอยู่ที่  2py ดังนี้
                ₅B  1s²  2s¹  2px¹ 2py¹  2pz⁰
                จากนั้น 2s¹  2px¹ 2py¹  จึงเกิด hybridisation กลายเป็น hybridorbital  ชื่อ  sp²  ดังรูป  

 ถ้าแสดงด้วยรูปร่างออร์บิทัลจะเป็นดังนี้

           จะเห็นได้ว่ามีการผสมระหว่างออร์บิทัล  2s  กับ  2p_x และ  2p_y  ในขณะที่  2p_z  ยังว่างอยู่  รูปทรงเรขาคณิตของไฮบริดออร์บิทัล  sp²  เป็นสามเหลี่ยมแบนราบ (trigonal plana)  ทำมุม  120  องศา  เมื่อทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น  โมเลกุลของสารประกอบที่เกิดขึ้น  เช่น  BCl₃  จะมีรูปทรงเรขาคณิตเป็นสามเหลี่ยมแบนราบเช่นกัน  ดังรูป
 

(คลิ้ก ชมการเกิดไฮบริไดเซชัน sp² ) 

 

ตัวอย่าง  การเกิดไฮบริไดเซชั่น sp³ 

   ถ้าแสดงด้วยรูปร่างออร์บิทัลจะเป็นดังนี้

            จะเห็นได้ว่าเป็นการผสมระหว่าง  ออร์บิทัล  2s  2p_x  2p_y  และ  2p_z   รูปทรงเรขาคณิตของไฮบริดออร์บิทัล  sp³ เป็นทรงเหลี่ยมสี่หน้า  (tetrahedral)  ทำมุม  109.5  องศา  เมื่อทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น  โมเลกุลของสารประกอบที่เกิดขึ้นจะเป็นทรงเหลี่ยมสี่หน้าเช่นกัน  เช่น  CH₄  ดังรูป
 
(คลิ้ก ชมการเกิดไฮบริไดเซชัน sp³)

** กรณีของ  C  มีสมบัติพิเศษในการเกิดไฮบริไดเซชัน  คือเกิดได้  3  แบบ  ทั้ง  sp  sp² และ sp³

ตัวอย่าง การเกิดไฮบริไดเซชั่น sp³d
            ไฮบริไดเซชันชนิดนี้จะเกิดขึ้นได้เมื่ออะตอมมี subshell d  ที่ยังว่างเหลืออยู่  ซึ่งอย่างน้อยจะต้องเป็นธาตุตั้งแต่คาบที่  3  ในตารางธาตุ  เพราะธาตุคาบที่  1  และ  2  ไม่มี  subshell  d  พิจารณาการเกิดไฮบริไดเซชันของธาตุ  ₁₅P  (คาบที่ 3 หมู่ 5A ) ดังรูป
 
แสดงด้วยรูปร่างออร์บิทัลจะเป็นดังนี้

     รูปทรงเรขาคณิตของไฮบริดออร์บิทัล  sp³d มีรูปร่างเป็นพีระมิดคู่ฐานสามเหลี่ยม (trigonal  bipyramidal)   ทำมุม  120  และ  90  องศา  เมื่อทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น  โมเลกุลของสารประกอบที่เกิดขึ้นจะมีรูปร่างเป็นพีระมิดคู่ฐานสามเหลี่ยมเช่นกัน  PCl₅  ดังรูป

 

ตัวอย่างการเกิดไฮบริไดเซชั่น sp³d²

แสดงด้วยรูปร่างออร์บิทัลจะเป็นดังนี้
 

            รูปทรงเรขาคณิตของไฮบริดออร์บิทัล  sp³d² มีรูปร่างเป็นทรงเหลี่ยมแปดหน้า ( octrahedral)   ทำมุม  90  องศา  เมื่อทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น  โมเลกุลของสารประกอบที่เกิดขึ้นจะมีรูปร่างเป็นทรงเหลี่ยมแปดหน้าเช่นกัน  SF₆   ดังรูป 

(คลิ้ก ชมการเกิดไฮบริไดเซชัน sp  sp²  sp³  sp³d  sp³d² )

การเกิดไฮบริไดเซชัน  มีผลต่อการทำปฏิกิริยาของธาตุต่าง ๆ   ธาตุบางธาตุมีการจัดอิเล็กตรอนคล้ายกันแต่ทำปฏิกิริยาได้สารประกอบแตกต่างกัน  เช่น  N  กับ P  เป็นธาตุหมู่  5A  มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ  5  ทั้ง  2  ธาตุ  ดังนี้
                ₇N ; 2 , 5  (คาบที่ 2  หมู่ 5A)
                ₁₅P ; 2 , 8 , 5 (คาบที่ 3 หมู่ 5A)

เมื่อให้ธาตุทั้งสองนี้ทำปฏิกิริยากับ  Cl₂  พบว่าได้ผลต่างกันคือ  ไนโตรเจนจะเกิดสารประกอบ   NCl₃ เพียงชนิดเดียว ในขณะที่ฟอสฟอรัสเกิดสารประกอบ  2  ชนิดคือ  PCl₃  และ   PCl₅  นอกจาก  2  ธาตุนี้แล้วยังมีธาตุอื่น ๆ อีกมากมายที่มีลักษณะทำนองเดียวกันนี้   ความแตกต่างนี้อธิบายได้ด้วยการเกิดไฮบริไดเซชัน  คือ  ธาตุ  N  เป็นธาตุคาบที่ 2 ไม่มี  subshell d (subenergy level d)  จึงไม่เกิดไฮบริไดเซชัน  จึงเกิด  NCl₃  ได้ชนิดเดียว  ในขณะที่  P  เป็นเป็นธาตุคาบที่  3  จึงมี  subshell d (subenergy level d)  ทำให้เกิดไฮบริไดเซชันได้  จึงเกิดปฏิกิริยาได้  2  แบบ  คือในภาวะปกติจะได้  PCl₃  ในภาวะถูกกระตุ้นจะได้  PCl₅    ดังรูป
 

• กรณีของ  N  จะเกิด  NCl₃  ได้ชนิดเดียว  ดังรูป

• กรณีของ  P 
  ในภาวะปกติเกิด  PCl₃  ดังรูป

    ในภาวะถูกกระตุ้นเกิด  PCl₅  ดังรูป

การเกิดไฮบริไดเซชันยังใช้ในการอธิบายถึงเหตุผลที่ทำให้แก๊สมีตระกูล (แก๊สเฉื่อย) สามารถเกิดปฏิกิริยาได้  ซึ่งในยุคแรก ๆ เชื่อว่าเกิดปฏิกิริยาไม่ได้  เพราะการจัดอิเล็กตรอนของแก๊สมีตระกูลเป็นการจัดเต็มทุกออร์บิทัล  เช่น  การจัดอิเล็กตรอนของ  Xe  เป็นดังรูป 

       ปัจจุบันพบว่า  Xe  ทำปฏิกิริยาเกิดสารประกอบ               XeF₄   และ  XeF₆  ได้  เหตุผลของการเกิดปฏิกิริยาอธิบายด้วยการเกิดไฮบริไดเซชัน  (แต่รูปแบบอาจต่างจากที่กล่าวมาในตอนต้นเล็กน้อย)
      กรณีเกิดสารประกอบ  XeF₄  เกิดจากไฮบริไดเซชัน  sp³d²  ดังรูป

กรณีเกิดสารประกอบ  XeF₆  เกิดจากไฮบริไดเซชัน  sp³d³  ดังรูป

Size : 80.58 KBs Upload : 2012-11-01 05:41:14

ติชม กำลังแสดงหน้า 1/0 << 1 >>

ต้องการให้คะแนนบทความนี้่ ? 0 คะแนนโหวด สร้างโดย : K-Me สถานะ : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์