1.10 : 원자가 결합 이론 및 혼성 오비탈

원자가 결합 이론에 따르면 공유 결합은 (1) 한 원자의 오비탈이 두 번째 원자의 궤도와 겹치고 (2) 각 오비탈의 단일 전자가 결합하여 전자쌍을 형성할 때 발생합니다. 공유 결합의 강도는 관련된 궤도의 중첩 정도에 따라 달라집니다. 두 핵 사이의 직선에서 오비탈이 겹칠 때 최대 겹침이 가능합니다.

σ 결합(루이스 구조의 단일 결합)은 전자 밀도가 핵간 축을 따르는 영역에 집중되는 공유 결합입니다. π 결합은 두 개의 p 오비탈이 나란히 겹쳐서 발생하는 공유 결합입니다. π 결합에서 궤도 중첩 영역은 핵간 축의 반대편에 있고 축을 따라 노드(전자를 찾을 확률이 없는 평면)가 있습니다. 모든 단일 결합은 σ 결합인 반면, 다중 결합은 σ 결합과 π 결합으로 구성됩니다.

원자가 분자로 결합되면 원자 오비탈의 파동 함수가 결합되어 다양한 모양을 갖는 새로운 수학적 설명을 생성할 수 있습니다. 이 과정을 혼성화라고 하며 수학적으로 원자 궤도의 선형 결합을 통해 수행됩니다. 생성된 새로운 궤도를 하이브리드 오비탈이라고 합니다.

공유 결합된 원자에서만 형성되는 하이브리드 오비탈의 모양과 방향은 고립된 원자의 원자 오비탈과 다릅니다. 하이브리드 오비탈의 수는 이를 생성하기 위해 결합된 원자 오비탈의 수와 같습니다. 하이브리드 궤도 집합의 모든 궤도는 모양과 에너지가 동일하며 방향은 VSEPR 이론에 의해 예측됩니다. 혼성 오비탈은 겹쳐서 σ 결합을 형성하고, 혼성화되지 않은 오비탈은 겹쳐서 π 결합을 형성합니다.

예를 들어, 탄소의 들뜬 상태에서 하나의 2s 오비탈과 세 개의 2p 오비탈이 혼성화되어 사면체 방향의 축퇴 혼성 sp³ 오비탈 4개가 생성됩니다. 메탄 분자에서 4개의 수소 원자 각각의 1s 궤도는 탄소 원자의 4개의 sp³ 궤도 중 하나와 겹쳐 시그마(σ) 결합을 형성합니다.

마찬가지로, 탄소의 2s 오비탈 하나와 2p 오비탈 두 개를 혼합하면 삼각 평면 기하학을 갖는 등가의 sp² 혼성 오비탈 3개가 생성되는 반면, 2s 오비탈 하나와 2p 오비탈 중 하나의 혼성화는 서로 180° 방향으로 향하는 두 개의 sp 오비탈을 생성합니다.

원자가 하위 껍질에 d 오비탈이 있는 원자의 경우 5개의 원자가 껍질 원자 오비탈(s 1개, p 3개 및 d 궤도 중 1개)의 혼성화는 삼각 쌍뿔 기하학을 갖는 5개의 sp³d 혼성 오비탈을 제공합니다. 6개의 혼성 오비탈의 팔면체 배열은 6개의 원자가 껍질 원자 오비탈(1개의 s, 3개의 p 및 2개의 d 오비탈)을 혼합하여 얻어지며, 이는 6개의 sp³d² 혼성 오비탈을 생성합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다. Openstax, Chemistry 2e, Section 8.1 Valence Bond Theory and Section 8.2 Hybrid Atomic Orbitals.