Molekulyar orbital nəzəriyyəsi ilə hibridləşmə nəzəriyyəsi arasındakı əsas fərq ondadır ki, molekulyar orbital nəzəriyyə bağlanma və anti-bağ orbitallarının əmələ gəlməsini, hibridləşmə nəzəriyyəsi isə hibrid orbitalların əmələ gəlməsini təsvir edir.
Molekulların elektron və orbital strukturlarını təyin etmək üçün hazırlanmış müxtəlif nəzəriyyələr mövcuddur. VSEPR nəzəriyyəsi, Lyuis nəzəriyyəsi, valentlik əlaqə nəzəriyyəsi, hibridləşmə nəzəriyyəsi və molekulyar orbital nəzəriyyəsi belə mühüm nəzəriyyələrdir. Onların arasında ən məqbul nəzəriyyə molekulyar orbital nəzəriyyədir.
Molekulyar Orbital Nəzəriyyə nədir?
Molekulyar orbital nəzəriyyəsi kvant mexanikasından istifadə edərək molekulların elektron strukturunu təsvir edən bir texnikadır. Molekullardakı kimyəvi bağları izah etməyin ən məhsuldar yoludur. Gəlin bu nəzəriyyəni ətraflı müzakirə edək.
İlk olaraq molekulyar orbitalların nə olduğunu bilməliyik. İki atom nüvəsi və onların arasındakı elektronlar arasındakı xalis cəlbedici qüvvə iki atom nüvəsi arasındakı elektrostatik itələməni aşdıqda, iki atom arasında kimyəvi bağ yaranır. Əsasən, bu o deməkdir ki, iki atom arasındakı cəlbedici qüvvələr bu iki atom arasındakı itələmə qüvvələrindən daha yüksək olmalıdır. Burada elektronlar bu kimyəvi bağı yaratmaq üçün “bağlama bölgəsi” deyilən bir bölgədə mövcud olmalıdır. Əks halda, elektronlar atomlar arasında itələyici qüvvəyə kömək edəcək “anti-bağlama bölgəsində” olacaqlar.
Lakin əgər tələblər yerinə yetirilirsə və iki atom arasında kimyəvi bağ əmələ gəlirsə, o zaman bağlanmada iştirak edən müvafiq orbitallara molekulyar orbitallar deyilir. Burada iki atomdan ibarət iki orbitaldan başlaya və hər iki atoma aid bir orbitalla (molekulyar orbital) bitirə bilərik.
Kvant mexanikasına görə, atom orbitalları istədiyimiz kimi görünə və ya yox ola bilməz. Orbitallar bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, müvafiq olaraq formalarını dəyişdirməyə meyllidirlər. Lakin kvant mexanikasına görə, onlar forma dəyişdirməkdə sərbəstdirlər, lakin eyni sayda orbitallara sahib olmalıdırlar. Sonra itkin orbitalı tapmalıyıq. Burada iki atom orbitalının fazadaxili birləşməsi bağlanma orbitalını, fazadankənar birləşmə isə anti-bağlanma orbitalını təşkil edir.
Şəkil 01: Molekulyar Orbital Diaqram
Birləşdirici elektronlar bağlanma orbitalını tutur, anti-bağ orbitalındakı elektronlar isə bağ əmələ gəlməsində iştirak etmir. Əksinə, bu elektronlar kimyəvi bağın yaranmasına fəal şəkildə qarşı çıxırlar. Bağlayıcı orbital anti-bağ orbitalından daha az potensial enerjiyə malikdir. Siqma rabitəsini nəzərə alsaq, bağlanma orbitalının işarəsi σ, anti-bağ orbitalı isə σ-dır. Bu nəzəriyyədən bəzi molekulların niyə mövcud olmadığını (yəni He2) və molekulların bağlanma qaydasını izah etmək üçün mürəkkəb molekulların quruluşunu təsvir etmək üçün istifadə edə bilərik. Beləliklə, bu təsvir molekulyar orbital nəzəriyyənin əsasını qısaca izah edir.
Hibridləşmə Nəzəriyyəsi nədir?
Hibridləşmə nəzəriyyəsi molekulun orbital quruluşunu təsvir etmək üçün istifadə etdiyimiz bir texnikadır. Hibridləşmə iki və ya daha çox atom orbitalını qarışdırmaqla hibrid orbitalların əmələ gəlməsidir. Bu orbitalların istiqaməti molekulun həndəsəsini təyin edir. Bu, valentlik bağı nəzəriyyəsinin genişləndirilməsidir.
Atom orbitalları əmələ gəlməzdən əvvəl müxtəlif enerjilərə malikdirlər, lakin əmələ gəldikdən sonra bütün orbitallar eyni enerjiyə malikdir. Məsələn, s atom orbitalı və p atom orbitalı birləşərək iki sp orbitalı yarada bilər. s və p atom orbitalları müxtəlif enerjilərə malikdir (s enerjisi < p enerjisi). Lakin hibridləşmədən sonra eyni enerjiyə malik iki sp orbital əmələ gətirir və bu enerji ayrı-ayrı s və p atom orbital enerjilərinin enerjiləri arasında olur. Üstəlik, bu sp hibrid orbital 50% s orbital xüsusiyyətlərinə və 50% p orbital xüsusiyyətlərinə malikdir.
Şəkil 02: Karbon Atomunun Hibrid Orbitalları ilə Hidrogen Atomlarının Orbitalları Arasındakı Bağ
Hibridləşmə ideyası ilk dəfə müzakirəyə çıxdı, çünki elm adamları valentlik bağı nəzəriyyəsinin CH4 kimi bəzi molekulların strukturunu düzgün proqnozlaşdıra bilmədiyini müşahidə etdilər. Burada karbon atomunun elektron konfiqurasiyasına görə cəmi iki qoşalaşmamış elektronu olsa da, dörd kovalent rabitə yarada bilir. Dörd rabitə yaratmaq üçün dörd qoşalaşmamış elektron olmalıdır.
Bu fenomeni izah edə bilmələrinin yeganə yolu, karbon atomunun s və p orbitallarının bir-biri ilə birləşərək eyni enerjiyə malik hibrid orbitallar adlanan yeni orbitallar əmələ gətirdiyini düşünmək idi. Burada bir s + üç p 4 sp3 orbital verir. Buna görə də elektronlar Hund qaydasına tabe olmaqla bu hibrid orbitalları bərabər şəkildə doldururlar (hibrid orbital üçün bir elektron). Sonra dörd hidrogen atomu ilə dörd kovalent rabitənin əmələ gəlməsi üçün dörd elektron var.
Molekulyar Orbital Nəzəriyyə ilə Hibridləşmə Nəzəriyyəsi Arasındakı Fərq Nədir?
Molekulyar orbital nəzəriyyə kvant mexanikasından istifadə edərək molekulların elektron strukturunu təsvir edən bir texnikadır. Hibridləşmə nəzəriyyəsi molekulun orbital quruluşunu təsvir etmək üçün istifadə etdiyimiz bir texnikadır. Beləliklə, molekulyar orbital nəzəriyyə ilə hibridləşmə nəzəriyyəsi arasındakı əsas fərq ondadır ki, molekulyar orbital nəzəriyyə birləşmə və anti-bağ orbitallarının əmələ gəlməsini təsvir edir, hibridləşmə nəzəriyyəsi isə hibrid orbitalların əmələ gəlməsini təsvir edir.
Bundan başqa, molekulyar orbital nəzəriyyəsinə görə, iki atomun atom orbitallarının qarışmasından yeni orbital formalar, hibridləşmə nəzəriyyəsində isə eyni atomun atom orbitallarının qarışması nəticəsində yeni orbital formalar əmələ gəlir. Buna görə də, bu, molekulyar orbital nəzəriyyə ilə hibridləşmə nəzəriyyəsi arasındakı başqa bir fərqdir.
Xülasə – Molekulyar Orbital Nəzəriyyə və Hibridləşmə Nəzəriyyəsi
Molekulyar orbital nəzəriyyə və hibridləşmə nəzəriyyəsi molekulun quruluşunu təyin etmək üçün vacibdir. Molekulyar orbital nəzəriyyəsi ilə hibridləşmə nəzəriyyəsi arasındakı əsas fərq ondadır ki, molekulyar orbital nəzəriyyə birləşmə və anti-bağ orbitallarının əmələ gəlməsini təsvir edir, hibridləşmə nəzəriyyəsi isə hibrid orbitalların əmələ gəlməsini təsvir edir.
