Sự khác biệt giữa lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai

Các sự khác biệt chính giữa lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai là lý thuyết quỹ đạo phân tử mô tả sự hình thành các quỹ đạo liên kết và chống liên kết, trong khi lý thuyết lai tạo mô tả sự hình thành các quỹ đạo lai.

Có những lý thuyết khác nhau được phát triển để xác định cấu trúc điện tử và quỹ đạo của các phân tử. Lý thuyết VSEPR, lý thuyết Lewis, lý thuyết liên kết hóa trị, lý thuyết lai và lý thuyết quỹ đạo phân tử là những lý thuyết quan trọng như vậy. Lý thuyết được chấp nhận nhất trong số đó là lý thuyết quỹ đạo phân tử.

NỘI DUNG

1. Tổng quan và sự khác biệt chính
2. Lý thuyết quỹ đạo phân tử là gì 
3. Lý thuyết lai tạo là gì
4. So sánh cạnh nhau - Lý thuyết quỹ đạo phân tử so với lý thuyết lai
5. Tóm tắt

Lý thuyết quỹ đạo phân tử là gì?

Lý thuyết quỹ đạo phân tử là một kỹ thuật mô tả cấu trúc điện tử của các phân tử bằng cơ học lượng tử. Đó là cách hiệu quả nhất để giải thích liên kết hóa học trong các phân tử. Hãy để chúng tôi thảo luận chi tiết về lý thuyết này.

Đầu tiên, chúng ta cần biết quỹ đạo phân tử là gì. Một liên kết hóa học hình thành giữa hai nguyên tử khi lực hấp dẫn ròng giữa hai hạt nhân nguyên tử và các electron ở giữa chúng vượt quá lực đẩy tĩnh điện giữa hai hạt nhân nguyên tử. Về cơ bản, điều này có nghĩa, lực hấp dẫn giữa hai nguyên tử phải cao hơn lực đẩy giữa hai nguyên tử đó. Ở đây, các electron phải tồn tại trong một khu vực được gọi là khu vực ràng buộc của Google, để hình thành liên kết hóa học này. Nếu không, các electron sẽ ở trong vùng chống liên kết của thành phố, điều này sẽ giúp lực đẩy giữa các nguyên tử.

Tuy nhiên, nếu các yêu cầu được đáp ứng và hình thành liên kết hóa học giữa hai nguyên tử, thì các quỹ đạo tương ứng liên quan đến liên kết được gọi là quỹ đạo phân tử. Ở đây, chúng ta có thể bắt đầu với hai quỹ đạo của hai nguyên tử và kết thúc bằng một quỹ đạo (quỹ đạo phân tử) thuộc về cả hai nguyên tử.

Theo cơ học lượng tử, quỹ đạo nguyên tử không thể xuất hiện hoặc biến mất như chúng ta mong muốn. Khi các quỹ đạo tương tác với nhau, chúng có xu hướng thay đổi hình dạng của chúng cho phù hợp. Nhưng theo cơ học lượng tử, chúng có thể tự do thay đổi hình dạng nhưng cần phải có cùng số lượng quỹ đạo. Sau đó, chúng ta cần tìm quỹ đạo bị thiếu. Ở đây, sự kết hợp cùng pha của hai quỹ đạo nguyên tử làm cho quỹ đạo liên kết trong khi tổ hợp ngoài pha tạo thành quỹ đạo chống liên kết.

Hình 01: Sơ đồ quỹ đạo phân tử

Các electron liên kết chiếm quỹ đạo liên kết trong khi các electron trong quỹ đạo chống liên kết không tham gia vào sự hình thành liên kết. Thay vào đó, các điện tử này tích cực phản đối sự hình thành liên kết hóa học. Quỹ đạo liên kết có năng lượng tiềm năng thấp hơn quỹ đạo chống liên kết. Nếu chúng ta xem xét một liên kết sigma, ký hiệu cho quỹ đạo liên kết là σ và quỹ đạo chống liên kết là σ *. Chúng ta có thể sử dụng lý thuyết này để mô tả cấu trúc của các phân tử phức tạp để giải thích tại sao một số phân tử không tồn tại (tức là ông₂) và thứ tự liên kết của các phân tử. Do đó, mô tả này giải thích ngắn gọn về cơ sở của lý thuyết quỹ đạo phân tử.

Lý thuyết lai tạo là gì?

Lý thuyết lai tạo là một kỹ thuật chúng tôi sử dụng để mô tả cấu trúc quỹ đạo của một phân tử. Lai tạo là sự hình thành các quỹ đạo lai bằng cách trộn hai hoặc nhiều quỹ đạo nguyên tử. Sự định hướng của các quỹ đạo này quyết định hình dạng của phân tử. Nó là một sự mở rộng của lý thuyết trái phiếu hóa trị.

Trước khi hình thành quỹ đạo nguyên tử, chúng có năng lượng khác nhau, nhưng sau khi hình thành, tất cả các quỹ đạo đều có cùng năng lượng. Ví dụ, một quỹ đạo nguyên tử s và quỹ đạo nguyên tử p có thể kết hợp để tạo thành hai quỹ đạo sp. Các quỹ đạo nguyên tử s và p có năng lượng khác nhau (năng lượng của s < energy of p). But after the hybridization, it forms two sp orbitals which have the same energy, and this energy lies between the energies of individual s and p atomic orbital energies. Moreover, this sp hybrid orbital has 50% s orbital characteristics and 50% p orbital characteristics.

Hình 02: Liên kết giữa các quỹ đạo lai của nguyên tử carbon và các quỹ đạo của nguyên tử hydro

Ý tưởng lai tạo trước tiên được đưa vào thảo luận vì các nhà khoa học quan sát rằng lý thuyết liên kết hóa trị không dự đoán chính xác cấu trúc của một số phân tử như CH₄. Ở đây, mặc dù nguyên tử carbon chỉ có hai electron chưa ghép cặp theo cấu hình electron của nó, nó có thể tạo thành bốn liên kết cộng hóa trị. Để tạo thành bốn liên kết, phải có bốn electron chưa ghép cặp.

Cách duy nhất họ có thể giải thích hiện tượng này là nghĩ rằng s và p quỹ đạo của nguyên tử carbon hợp nhất với nhau để tạo thành các quỹ đạo mới gọi là quỹ đạo lai có cùng năng lượng. Ở đây, một s + ba p cho 4 sp³ quỹ đạo. Do đó, các electron lấp đầy các quỹ đạo lai này một cách đồng đều (một electron trên mỗi quỹ đạo lai), tuân theo quy tắc của Hund. Sau đó, có bốn electron để hình thành bốn liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử hydro.

Sự khác biệt giữa lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai?

Lý thuyết quỹ đạo phân tử là một kỹ thuật mô tả cấu trúc điện tử của các phân tử bằng cơ học lượng tử. Lý thuyết lai tạo là một kỹ thuật chúng tôi sử dụng để mô tả cấu trúc quỹ đạo của một phân tử. Vì vậy, sự khác biệt chính giữa lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai là lý thuyết quỹ đạo phân tử mô tả sự hình thành quỹ đạo liên kết và chống liên kết, trong khi lý thuyết lai mô tả sự hình thành quỹ đạo lai.

Hơn nữa, theo lý thuyết quỹ đạo phân tử, các quỹ đạo mới hình thành từ sự trộn lẫn các quỹ đạo nguyên tử của hai nguyên tử trong khi trong lý thuyết lai tạo, các dạng quỹ đạo mới hình thành sự pha trộn các quỹ đạo nguyên tử của cùng một nguyên tử. Do đó, đây là một sự khác biệt khác giữa lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai.

Tóm tắt - Lý thuyết quỹ đạo phân tử so với lý thuyết lai

Cả lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai tạo đều quan trọng trong việc xác định cấu trúc của một phân tử. Sự khác biệt chính giữa lý thuyết quỹ đạo phân tử và lý thuyết lai là lý thuyết quỹ đạo phân tử mô tả sự hình thành quỹ đạo liên kết và chống liên kết, trong khi lý thuyết lai mô tả sự hình thành quỹ đạo lai.

Tài liệu tham khảo:

1. Lai lai. Hóa học LibreTexts, Libretexts, ngày 5 tháng 6 năm 2019, Có sẵn tại đây.

Hình ảnh lịch sự:

1. EDMolecularDiagramCR bằng cách sử dụng TCReuter - Công việc riêng (CC BY-SA 4.0) qua Wikimedia
2. Lai Ch4 lai ghép Bài viết của K. Aainsqatsi tại Wikipedia Tiếng Anh (Văn bản gốc: K. Aainsqatsi) - Công việc riêng (Văn bản gốc: tự tạo) (Tên miền công cộng) qua Commons Wikimedia