Nøgleforskellen mellem molekylær orbit alteori og hybridiseringsteori er, at molekylær orbit alteori beskriver dannelsen af bindings- og anti-bindings-orbitaler, hvorimod hybridiseringsteori beskriver dannelsen af hybridorbitaler.
Der er udviklet forskellige teorier til at bestemme molekylers elektroniske og orbitale strukturer. VSEPR-teori, Lewis-teori, valensbindingsteori, hybridiseringsteori og molekylær orbit alteori er så vigtige teorier. Den mest acceptable teori blandt dem er den molekylære orbitale teori.
Hvad er Molecular Orbital Theory?
Molekylær orbit alteori er en teknik til at beskrive den elektroniske struktur af molekyler ved hjælp af kvantemekanik. Det er den mest produktive måde at forklare kemisk binding i molekyler på. Lad os diskutere denne teori i detaljer.
Først skal vi vide, hvad molekylære orbitaler er. En kemisk binding dannes mellem to atomer, når nettotiltrækningskraften mellem to atomkerner og elektronerne imellem dem overstiger den elektrostatiske frastødning mellem to atomkerner. Dybest set betyder dette, at tiltrækningskræfterne mellem to atomer skal være højere end de frastødende kræfter mellem disse to atomer. Her skal elektronerne eksistere i et område kaldet "bindingsområde", for at danne denne kemiske binding. Hvis ikke, vil elektronerne være i "anti-bindingsregionen", hvilket vil hjælpe den frastødende kraft mellem atomerne.
Men hvis kravene er opfyldt, og der dannes en kemisk binding mellem to atomer, kaldes de tilsvarende orbitaler involveret i bindingen molekylære orbitaler. Her kan vi starte med to orbitaler af to atomer og ende med en orbital (den molekylære orbital), som hører til begge atomer.
Ifølge kvantemekanikken kan atomare orbitaler ikke vises eller forsvinde, som vi ønsker. Når orbitaler interagerer med hinanden, har de en tendens til at ændre deres former i overensstemmelse hermed. Men ifølge kvantemekanikken kan de frit ændre formen, men de skal have det samme antal orbitaler. Så skal vi finde den manglende orbital. Her gør in-fase kombinationen af de to atomare orbitaler bindings-orbital, mens ud-af-fase kombination danner anti-binding orbital.
Figur 01: Molekylært orbitaldiagram
Bindende elektroner optager bindingskredsløbet, mens elektronerne i anti-bindingskredsløb ikke deltager i bindingsdannelse. Disse elektroner modsætter sig snarere aktivt dannelsen af den kemiske binding. Bindingsbanen har lavere potentiel energi end anti-bindingsbanen. Hvis vi betragter en sigma-binding, er betegnelsen for bindings-orbital σ, og anti-binding-orbitalen er σ. Vi kan bruge denne teori til at beskrive strukturen af komplicerede molekyler for at forklare, hvorfor nogle molekyler ikke eksisterer (dvs. He2) og bindingsrækkefølgen af molekyler. Således forklarer denne beskrivelse kort grundlaget for den molekylære orbit alteori.
Hvad er hybridiseringsteori?
Hybridiseringsteori er en teknik, vi bruger til at beskrive et molekyles orbitale struktur. Hybridisering er dannelsen af hybridorbitaler ved at blande to eller flere atomare orbitaler. Orbitalernes orientering bestemmer molekylets geometri. Det er en udvidelse af valensbindingsteorien.
Før dannelsen af atomorbitalerne har de forskellige energier, men efter dannelsen har alle orbitaler den samme energi. For eksempel kan en s-atomorbital og en p-atomorbital kombineres for at danne to sp-orbitaler. s og p atomorbitaler har forskellige energier (energi af s < energi af p). Men efter hybridiseringen danner den to sp-orbitaler, som har samme energi, og denne energi ligger mellem energierne fra individuelle s og p-atomiske orbitalenergier. Desuden har denne sp hybrid orbital 50% s orbital karakteristika og 50% p orbital karakteristik.
Figur 02: Binding mellem hybridorbitaler af et carbonatom og s orbitaler af hydrogenatomer
Ideen om hybridisering kom først ind i diskussionen, fordi videnskabsmænd observerede, at valensbindingsteorien ikke kunne forudsige strukturen af nogle molekyler korrekt, såsom CH4Her, selvom carbonatomet kun har to uparrede elektroner ifølge dets elektronkonfiguration, kan det danne fire kovalente bindinger. For at danne fire bindinger skal der være fire uparrede elektroner.
Den eneste måde, de kunne forklare dette fænomen på, var at tro, at s- og p-orbitaler af carbonatomer smelter sammen og danner nye orbitaler kaldet hybridorbitaler, som har den samme energi. Her giver et s + tre p 4 sp3 orbitaler. Derfor fylder elektronerne disse hybridorbitaler jævnt (en elektron pr. hybridorbital), idet de overholder Hunds regel. Så er der fire elektroner til dannelsen af fire kovalente bindinger med fire hydrogenatomer.
Hvad er forskellen mellem Molecular Orbital Theory og Hybridization Theory?
Den molekylære orbitale teori er en teknik til at beskrive den elektroniske struktur af molekyler ved hjælp af kvantemekanik. Hybridiseringsteori er en teknik, vi bruger til at beskrive et molekyles orbitale struktur. Så den vigtigste forskel mellem molekylær orbit alteori og hybridiseringsteori er, at molekylær orbit alteori beskriver dannelsen af bindings- og anti-bindings-orbitaler, hvorimod hybridiseringsteori beskriver dannelsen af hybridorbitaler.
Yderligere, ifølge den molekylære orbit alteori, nye orbitalformer fra blandingen af atomare orbitaler af to atomer, mens nye orbitalformer i hybridiseringsteori danner blandingen af atomare orbitaler af det samme atom. Derfor er dette endnu en forskel mellem molekylær orbit alteori og hybridiseringsteori.
Opsummering – Molecular Orbital Theory vs Hybridization Theory
Både molekylær orbit alteori og hybridiseringsteori er vigtige for at bestemme strukturen af et molekyle. Den vigtigste forskel mellem molekylær orbit alteori og hybridiseringsteori er, at molekylær orbit alteori beskriver dannelsen af bindings- og anti-bindings-orbitaler, hvorimod hybridiseringsteori beskriver dannelsen af hybridorbitaler.
