ไฮบริไดเซชัน ( Hybridization)

1. ไฮบริไดเซชัน(Hybridization) ไฮบริไดเซชันคืออะไรค่ะ? สวัสดีค่ะ ก่อนอื่นจะต้องรู้ความหมายของออร์บิทัลก่อน ถ้ายังไม่รู้ให้ไปดูหัวข้อ “ออร์บิทัล”ก่อนนะค่ะ สำหรับ ไฮบริไดเซชัน คือการผสมของออร์บิทัล ซึ่งทำให้เกิดออร์บิทัลลูกผสมไงค่ะ เช่น s 1 ออร์บิทัล กับ p 3 ออร์บิทัล เกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ (hybrid orbitals) ชื่อ sp3 hybrid orbital มี 4 ออร์บิทัล สวัสดีค่ะอาจารย์ 1/10

2. ขอย้อนกลับไป เรื่องอะตอมมิกออร์บิทัลของ C ก่อนนะค่ะ คงจำกันได้ว่าในธรรมชาติ 4 วาเลนท์อิเล็กตรอนของ C น่าจะอยู่ใน sและ pออร์บิทัล แต่ไม่เป็นเช่นนั้น คงอยากรู้นะค่ะว่าจะอยู่อย่างไร เนื่องจากมีพลังงานส่วนหนึ่งทำให้ออร์บิทัลในชั้นที่สอง เกิดการผสมกัน (orbital hybridization) เกิดเป็น ออร์บิทัลลูกผสมใหม่ (hybrid orbitals) ไปดูกันเลยนะค่ะ 2/10

3. 2p 2p ควรจะเป็นแบบนี้ แต่เมื่อมีพลังงานมากระตุ้น เรียกว่าเกิดสภาวะเร้า (Excited State) ทำให้ 1 อิเล็กตรอนที่อยู่ที่ 2s กระโดดไปที่ 2 p (click mouse ค่ะ) p p p p p p X X y y z z Energy 96 Kcal/mol 2s 2s สภาวะเร้า (Excited State) 1s 1s มาดูกันนะค่ะว่าที่สภาวะเร้าจะเกิดอะไรขึ้น 12C มี Configuration เป็น 1s2, 2s2, 2p2 6 ที่สภาวะพื้น (Ground State) 3/10

4. sp3 สังเกตระดับพลังงานของ hybrid orbitals ที่เกิดใหม่ในแบบนั้นๆ จะเท่ากัน 1s เมื่อเกิดสภาวะเร้าแล้ว ทำให้ออร์บิทัลชั้นนอกสุด เกิดการhybridization เพื่อเกิดเป็น ออร์บิทัลใหม่เรียกว่า hybrid orbitals ซึ่งจะมีชื่อเหมือนกัน มีระดับพลังงานเท่ากัน และมีการจัดเรียงตัวให้ไกลกันมากที่สุด สำหรับ C จะมีการเกิด hybridization ได้ 3 แบบ คือsp3 sp2 และsphybrid orbitals ดังนี้ค่ะ (click mouse) sp3 C มี 4sp3hybrid orbitals 2p P P P 2p X y z sp2 2s sp2 แบบที่ 1 s 1 ออร์บิทัล กับ p 3 ออร์บิทัล ผสมกัน เกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ 4 ออร์บิทัล (4 hybride orbitals) ที่มีชื่อเหมือนกันเรียกว่า sp3hybrid orbital (click mouse ค่ะ) แบบที่ 2 s 1 ออร์บิทัล กับ p2 ออร์บิทัล ผสมกัน เกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ 3 ออร์บิทัล (3 hybrid orbitals) ที่มีชื่อเหมือนกันเรียกว่า sp2hybrid orbital (click mouse ค่ะ) แบบที่ 3 s 1 ออร์บิทัล กับ p 1 ออร์บิทัล ผสมกัน เกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ 2 ออร์บิทัล (2 hybrid orbitals) ที่มีชื่อเหมือนกันเรียกว่า sphybrid orbital (click mouse ค่ะ) แบบที่ 3 s 1 ออร์บิทัล กับ p 1 ออร์บิทัล ผสมกัน เกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ 2 ออร์บิทัล (2 hybrid orbitals) ที่มีชื่อเหมือนกันเรียกว่า sphybrid orbital (click mouse ค่ะ) 1s 1s sp C มี 3sp2hybrid orbitals สภาวะเร้า (Excited State) 2p sp C มี 2sphybrid orbitals 1s เกิดการ Hybridization Click mouse ค่ะ 4/10

5. เป็นไงค่ะ พอจะเข้าใจหรือยัง สรุป C จะมี hybrid orbital ได้ 3 แบบได้แก่ sp3เกิดจากการผสมของ 1 sกับ 3 p ออร์บิทัล sp2เกิดจากการผสมของ 1 sกับ 2 p ออร์บิทัล spเกิดจากการผสมของ 1 sกับ 1 p ออร์บิทัล สังเกต เลขยกกำลังจะบอกจำนวนออร์บิทัลที่ผสมกันได้ คราวนี้คงจะอยากรู้นะค่ะว่าแต่ละออร์บิทัลลูกผสมที่เกิดใหม่นี้ มีรูปร่าง และจัดเรียงตัวกันอย่างไร ไปกันเลยนะค่ะ (click mouse ค่ะ) 5/10

6. sp3 รูปจำลอง + px 109.5o Hybridization S pz py s 1 ออร์บิทัล กับ p 3 ออร์บิทัล (1px 1pyและ 1 pz) ผสมกันเกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ เรียกว่า sp3hybrid orbital มี 4 ออร์บิทัล (click mouse ค่ะ) รูปร่างของsp3Hybrid orbital 4 sp3 hybrid orbitals จะเห็นว่าแต่ละออร์บิทัลจะจัดตัวเอง ให้ไกลกันมากที่สุด ซึ่งจะได้รูปร่างเป็น tetrahedron ให้ click mouse ดูจากแบบจำลองค่ะ จะพบว่าแต่ละออร์บิทัล ทำมุมกัน 109.5o 6/10

7. 120o sp2 + px Hybridization S pz s 1 ออร์บิทัล กับ p 2 ออร์บิทัล (1pxและ 1 pz) ผสมกันเกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ เรียกว่า sp2hybrid orbital มี 3 ออร์บิทัล (click mouse ค่ะ) py รูปร่างของsp2 Hybrid orbital py 3 sp2 hybrid orbitals จะเห็นว่าแต่ละออร์บิทัลจะจัดตัวเอง ให้ไกลกันมากที่สุด ซึ่งจะได้รูปร่างเป็น สามเหลี่ยมแบนราบ (trigonal planar) โดยแต่ละออร์บิทัลทำมุมกัน 120o (click mouse ค่ะ) แต่อย่าลืมนะค่ะว่ายังมี p ออร์บิทัล เหลืออีก 1 ออร์บิทัล ซึ่งจะอยู่ที่เดิมไม่เปลี่ยนแปลง (click mouse ค่ะ) 7/10

8. 180o sp + px Hybridization S pz s 1 ออร์บิทัล กับ p 1 ออร์บิทัล (1px) ผสมกันเกิดเป็นออร์บิทัลลูกผสมใหม่ เรียกว่า sp hybrid orbital มี 2 ออร์บิทัล (click mouse ค่ะ) py รูปร่างของsphybrid orbital pz py 2 sphybrid orbitals แต่อย่าลืมนะค่ะว่ายังมี p ออร์บิทัล เหลืออีก 2 ออร์บิทัล (py และpz) ซึ่งจะอยู่ที่เดิม ไม่เปลี่ยนแปลง (click mouse ค่ะ) จะเห็นว่าแต่ละออร์บิทัลจะจัดตัวเอง ให้ไกลกันมากที่สุด ซึ่งจะได้รูปร่างเป็น เส้นตรง (linear) โดยแต่ละออร์บิทัลทำมุมกัน 180o 8/10

9. 4 วาเลนท์อิเล็กตรอน sp3 sp3 sp2 sp2 + py sp sp+py+ pz หวังว่าคงจะมีความรู้เรื่องการเกิด orbital hybridization ทั้ง 3 แบบของ C แล้ว ถึงคราวที่ต้องมาดูกันว่าวาเลนท์อิเล็กตรอน ทั้ง 4 ของ C จะอยู่ในออร์บิทัลใดบ้าง (click mouse ค่ะ) 6C มี Configuration เป็น 1s2, 2s2, 2p2 4 3 1 2 1 1 9/10

10. ไฮบริดออร์บิทัล (Hybrid orbital) พันธะเดี่ยว ( Single bond) พันธะคู่ (Double bond) พันธะสาม (Triple bond) Tetrahedron (109.5o) Linear (180o) Trigonal planar (120o) ความรู้ทั้งหมดนี้จะนำไปอธิบายการเกิดของสารอินทรีย์ ว่าแต่ละสารทำไมจึงมีโครงสร้างนั้นๆ สิ่งที่ไม่ควรลืมคือ รูปร่างของแต่ละแบบของ hybrid orbital และแต่ละแบบจะสร้างพันธะชนิดใด (click mouse ค่ะ) พันธะ (Bond) โครงสร้าง (Structure) sp3 sp2 sp คงจะเข้าใจเรื่อง hybrid orbital ของ C แล้วนะค่ะ คราวนี้ไปดูตัวอย่างของการเกิดสารอินทรีย์ ในหัวข้อ ไฮบริไดเซชันของมีเทน และสารอื่นๆ ได้เลยค่ะ 10/10