Гибридизация – это смешение атомных орбиталей (электронных облаков) разной формы, обладающих различной энергией; в результате образуются гибридные орбитали (облака) одинаковые по форме и энергии. Число образующихся гибридных орбиталей равно числу орбиталей, участвующих в гибридизации.
Гибридизация атомных орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.
Объяснение этого факта впервые дал американский химик Лайнус Полинг.
Ввиду относительной близости значений энергии 2s- и 2р-электронов, эти электроны могут взаимодействовать между собой в ходе образования химической связи с электронами другого атома, давая четыре новых равноценных гибридных электронных облака.
Атом С в органических соединениях может находиться в трех валентных состояниях. Этим валентным состояниям соответствуют различные типы гибридизации электронных орбиталей атома углерода.
Модель атома углерода
Валентные электроны атома углерода располагаются на одной 2s-орбитали и двух 2р-орбиталях.
Электронная формула атома углерода в основном (стационарном) состоянии 1s22s22p2 указывает на то, что внешние электроны углерода неодинаковы: s-электрон имеет орбиталь в виде шара, р-электроны – в виде объемных восьмерок, расположенных под углом 900 друг к другу.
Если бы такое различие существовало, то у четырехвалентного углерода должна была бы наблюдаться неравноценностей связей. На самом же деле все четыре связи равноценны.
Да и сама четырехвалентность углерода не согласуется с приведенной выше электронной формулой: ведь валентность равна числу неспаренных внешних электронов, которых в приведенной формуле только два.
Объясняется это противоречие следующим образом. При образовании связей атом углерода переходит в возбужденное состояние, один из двух s-электронов перемещается на свободную 2р-орбиталь, приобретая электронную конфигурацию 1s22s12p3. Атом углерода в возбужденном состоянии обладает четырьмя неспаренными электронами: одним s-электроном и тремя p-электронами.
Переход атома углерода из основного состояния в возбужденное.
Электронная конфигурация атома углерода в основном и возбужденном состоянии
Основное и возбужденное состояния атома углерода
Образовавшиеся электронные облака четырех неспаренных электронов гибридизируются — смешиваются.
В зависимости от числа вступивших в гибридизацию орбиталей атом углерода может находиться в одном их трёх состояний гибридизации: sp3, sp2, sp.