Moleküler orbital teorisi ile hibridizasyon teorisi arasındaki temel fark, moleküler orbital teorisinin bağlanma ve anti-bağ orbitallerinin oluşumunu tanımlaması, hibridizasyon teorisinin ise hibrit orbitallerin oluşumunu tanımlamasıdır.
Moleküllerin elektronik ve yörünge yapılarını belirlemek için geliştirilmiş farklı teoriler vardır. VSEPR teorisi, Lewis teorisi, değerlik bağı teorisi, hibridizasyon teorisi ve moleküler orbital teorisi bu kadar önemli teorilerdir. Aralarında en kabul edilebilir teori moleküler orbital teorisidir.
Moleküler Yörünge Teorisi Nedir?
Moleküler yörünge teorisi, kuantum mekaniğini kullanarak moleküllerin elektronik yapısını tanımlama tekniğidir. Moleküllerdeki kimyasal bağları açıklamanın en verimli yoludur. Bu teoriyi detaylı olarak tartışalım.
Önce, moleküler orbitallerin ne olduğunu bilmemiz gerekiyor. İki atom çekirdeği ve aralarındaki elektronlar arasındaki net çekim kuvveti, iki atom çekirdeği arasındaki elektrostatik itmeyi aştığında, iki atom arasında kimyasal bir bağ oluşur. Temel olarak bu, iki atom arasındaki çekici kuvvetlerin, bu iki atom arasındaki itme kuvvetlerinden daha yüksek olması gerektiği anlamına gelir. Burada elektronların bu kimyasal bağı oluşturabilmeleri için “bağlanma bölgesi” adı verilen bir bölgede bulunması gerekir. Aksi takdirde elektronlar, atomlar arasındaki itme kuvvetine yardımcı olacak “anti-bağlanma bölgesi”nde olacaktır.
Ancak, gereklilikler yerine getirilirse ve iki atom arasında kimyasal bir bağ oluşursa, o zaman bağda yer alan karşılık gelen orbitallere moleküler orbitaller denir. Burada iki atomlu iki yörünge ile başlayıp her iki atoma ait olan bir yörünge (moleküler yörünge) ile bitirebiliriz.
Kuantum mekaniğine göre atomik orbitaller istediğimiz gibi görünüp yok olamazlar. Yörüngeler birbirleriyle etkileşime girdiklerinde şekillerini buna göre değiştirme eğilimindedirler. Ancak kuantum mekaniğine göre, şekli değiştirmekte özgürler ancak aynı sayıda yörüngeye sahip olmaları gerekiyor. O zaman kayıp yörüngeyi bulmamız gerekiyor. Burada, iki atomik orbitalin faz içi kombinasyonu, bağlanma orbitalini oluştururken, faz dışı kombinasyon anti-bağ orbitalini oluşturur.
Şekil 01: Moleküler Yörünge Şeması
Bağlanma elektronları bağlanma orbitalini işgal ederken, anti-bağ orbitalindeki elektronlar bağ oluşumuna katılmazlar. Aksine, bu elektronlar kimyasal bağın oluşumuna aktif olarak karşı çıkarlar. Bağ orbitali, anti-bağ orbitalinden daha düşük potansiyel enerjiye sahiptir. Bir sigma bağı ele alırsak, bağ orbitalinin gösterimi σ ve anti-bağ orbitali σ olur. Bu teoriyi, bazı moleküllerin neden var olmadığını (yani He2) ve moleküllerin bağ sırasını açıklamak için karmaşık moleküllerin yapısını tanımlamak için kullanabiliriz. Bu nedenle, bu açıklama moleküler orbital teorisinin temelini kısaca açıklamaktadır.
Hibridizasyon Teorisi Nedir?
Hibridizasyon teorisi, bir molekülün yörünge yapısını tanımlamak için kullandığımız bir tekniktir. Hibridizasyon, iki veya daha fazla atomik orbitalin karıştırılmasıyla hibrit orbitallerin oluşturulmasıdır. Bu orbitallerin yönelimi, molekülün geometrisini belirler. Değerlik bağı teorisinin bir açılımıdır.
Atomik orbitallerin oluşumundan önce enerjileri farklıdır, ancak oluşumdan sonra tüm orbitallerin enerjisi aynıdır. Örneğin, bir s atom orbitali ve bir p atomik orbital, iki sp orbitali oluşturmak üzere birleşebilir. s ve p atomik orbitallerinin farklı enerjileri vardır (s < enerjisinin enerjisi p). Ancak hibridizasyondan sonra aynı enerjiye sahip iki sp orbitali oluşturur ve bu enerji bireysel s ve p atomik orbital enerjileri arasında yer alır. Ayrıca, bu sp hibrit yörüngesi %50 s yörünge özelliklerine ve %50 p yörünge özelliklerine sahiptir.
Şekil 02: Bir Karbon Atomunun Hibrit Yörüngeleri ile Hidrojen Atomlarının Yörüngeleri Arasındaki Bağ
Hibridizasyon fikri ilk olarak tartışmaya girdi çünkü bilim adamları değerlik bağ teorisinin CH4 gibi bazı moleküllerin yapısını doğru bir şekilde tahmin edemediğini gözlemlediler. Burada, karbon atomunun elektron konfigürasyonuna göre sadece iki eşleşmemiş elektronu olmasına rağmen, dört kovalent bağ oluşturabilir. Dört bağ oluşturmak için dört eşleşmemiş elektron olmalıdır.
Bu fenomeni açıklamanın tek yolu, karbon atomunun s ve p orbitallerinin birbiriyle kaynaşarak aynı enerjiye sahip hibrit orbitaller adı verilen yeni orbitaller oluşturduğunu düşünmekti. Burada bir s + üç p, 4 sp3 orbitali verir. Bu nedenle, elektronlar bu hibrit orbitalleri Hund kuralına uyarak eşit olarak (hibrit orbital başına bir elektron) doldurur. Sonra dört hidrojen atomu ile dört kovalent bağın oluşumu için dört elektron vardır.
Moleküler Yörünge Teorisi ile Hibridizasyon Teorisi Arasındaki Fark Nedir?
Moleküler yörünge teorisi, kuantum mekaniğini kullanarak moleküllerin elektronik yapısını tanımlama tekniğidir. Hibridizasyon teorisi, bir molekülün yörünge yapısını tanımlamak için kullandığımız bir tekniktir. Dolayısıyla, moleküler orbital teorisi ile hibridizasyon teorisi arasındaki temel fark, moleküler orbital teorisinin bağlanma ve anti-bağ orbitallerinin oluşumunu tanımlaması, hibridizasyon teorisinin ise hibrit orbitallerin oluşumunu tanımlamasıdır.
Ayrıca, moleküler orbital teorisine göre iki atomun atomik orbitallerinin karıştırılmasından yeni orbitaller oluşurken, hibridizasyon teorisinde yeni orbital formlar aynı atomun atomik orbitallerinin karıştırılmasından oluşur. Bu nedenle, bu moleküler orbital teorisi ile hibridizasyon teorisi arasındaki başka bir farktır.
Özet – Moleküler Yörünge Teorisi ve Hibridizasyon Teorisi
Hem moleküler orbital teorisi hem de hibridizasyon teorisi bir molekülün yapısını belirlemede önemlidir. Moleküler orbital teorisi ile hibridizasyon teorisi arasındaki temel fark, moleküler orbital teorisinin bağlanma ve anti-bağ orbitallerinin oluşumunu tanımlaması, hibridizasyon teorisinin ise hibrit orbitallerin oluşumunu tanımlamasıdır.
