ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลและทฤษฎีไฮบริไดเซชันคือทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลอธิบายการก่อตัวของออร์บิทัลพันธะและการต้านพันธะ ในขณะที่ทฤษฎีไฮบริไดเซชันอธิบายการก่อตัวของออร์บิทัลไฮบริด
มีทฤษฎีต่างๆ ที่พัฒนาขึ้นเพื่อกำหนดโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์และการโคจรของโมเลกุล ทฤษฎี VSEPR ทฤษฎีลูอิส ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ ทฤษฎีไฮบริไดเซชัน และทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลเป็นทฤษฎีที่สำคัญเช่นนั้น ทฤษฎีที่ยอมรับได้มากที่สุดในหมู่พวกเขาคือทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล
ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลคืออะไร
ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลเป็นเทคนิคการอธิบายโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลโดยใช้กลศาสตร์ควอนตัม เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการอธิบายพันธะเคมีในโมเลกุล ให้เราพูดถึงทฤษฎีนี้โดยละเอียด
อันดับแรก เราต้องรู้ว่าออร์บิทัลของโมเลกุลคืออะไร พันธะเคมีก่อตัวขึ้นระหว่างสองอะตอมเมื่อแรงดึงดูดสุทธิระหว่างนิวเคลียสของอะตอมสองตัวกับอิเล็กตรอนที่อยู่ระหว่างอะตอมทั้งสองนั้นเกินกว่าแรงผลักของไฟฟ้าสถิตระหว่างนิวเคลียสของอะตอมสองนิวเคลียส โดยพื้นฐานแล้ว นี่หมายความว่า แรงดึงดูดระหว่างอะตอมทั้งสองควรมากกว่าแรงผลักระหว่างอะตอมทั้งสอง ในที่นี้ อิเล็กตรอนจะต้องอยู่ในบริเวณที่เรียกว่า "บริเวณที่มีผลผูกพัน" เพื่อสร้างพันธะเคมีนี้ หากไม่เป็นเช่นนั้น อิเลคตรอนจะอยู่ใน “บริเวณต้านการผูกมัด” ซึ่งจะช่วยให้แรงผลักระหว่างอะตอม
อย่างไรก็ตาม หากเป็นไปตามข้อกำหนดและพันธะเคมีก่อตัวขึ้นระหว่างสองอะตอม ออร์บิทัลที่เกี่ยวข้องกันที่เกี่ยวข้องกับพันธะจะเรียกว่าออร์บิทัลระดับโมเลกุลที่นี่ เราสามารถเริ่มต้นด้วยสองออร์บิทัลของสองอะตอมและจบลงด้วยออร์บิทัลหนึ่งอัน (ออร์บิทัลของโมเลกุล) ซึ่งเป็นของทั้งสองอะตอม
ตามกลศาสตร์ควอนตัม ออร์บิทัลของอะตอมไม่สามารถปรากฏหรือหายไปได้ตามต้องการ เมื่อออร์บิทัลมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน พวกมันมักจะเปลี่ยนรูปร่างไปตามนั้น แต่ตามกลศาสตร์ควอนตัม พวกมันสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้อย่างอิสระ แต่ต้องมีจำนวนออร์บิทัลเท่ากัน จากนั้นเราต้องหาออร์บิทัลที่หายไป ในที่นี้ การรวมกันในเฟสของออร์บิทัลอะตอมทั้งสองทำให้เกิดการโคจรของพันธะ ในขณะที่การรวมกันที่อยู่นอกเฟสก่อให้เกิดออร์บิทัลต้านพันธะ
รูปที่ 01: แผนภาพการโคจรของโมเลกุล
อิเล็กตรอนพันธะอยู่ในวงโคจรพันธะในขณะที่อิเล็กตรอนในวงโคจรต่อต้านพันธะไม่มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะแต่อิเล็กตรอนเหล่านี้ต่อต้านการก่อตัวของพันธะเคมีอย่างแข็งขัน ออร์บิทัลพันธะมีพลังงานศักย์ต่ำกว่าออร์บิทัลต้านพันธะ หากเราพิจารณาพันธะซิกมา ความหมายสำหรับพันธะออร์บิทัลคือ σ และออร์บิทัลต้านพันธะคือ σ เราสามารถใช้ทฤษฎีนี้เพื่ออธิบายโครงสร้างของโมเลกุลที่ซับซ้อนเพื่ออธิบายว่าทำไมโมเลกุลบางตัวจึงไม่มีอยู่จริง (เช่น He2) และลำดับพันธะของโมเลกุล ดังนั้น คำอธิบายนี้จึงอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับพื้นฐานของทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล
ทฤษฎีการผสมพันธุ์คืออะไร
ทฤษฎีไฮบริไดเซชันเป็นเทคนิคที่เราใช้เพื่ออธิบายโครงสร้างการโคจรของโมเลกุล การผสมพันธุ์คือการก่อตัวของออร์บิทัลแบบไฮบริดโดยผสมออร์บิทัลอะตอมตั้งแต่สองออร์บิทัลขึ้นไป การวางแนวของออร์บิทัลเหล่านี้จะกำหนดเรขาคณิตของโมเลกุล มันคือการขยายตัวของทฤษฎีพันธะเวเลนซ์
ก่อนการก่อตัวของออร์บิทัลอะตอม พวกมันมีพลังงานต่างกัน แต่หลังจากการก่อตัว ออร์บิทัลทั้งหมดจะมีพลังงานเท่ากันตัวอย่างเช่น ออร์บิทัลอะตอมของ s และออร์บิทัลอะตอมของ p สามารถรวมกันเพื่อสร้างออร์บิทัล sp สองวง ออร์บิทัลอะตอม s และ p มีพลังงานต่างกัน (พลังงานของ s < พลังงานของ p) แต่หลังจากการไฮบริไดเซชัน มันจะเกิด sp orbitals สองวงซึ่งมีพลังงานเท่ากัน และพลังงานนี้อยู่ระหว่างพลังงานของพลังงานแต่ละ s และ p atomic orbital นอกจากนี้ sp ไฮบริดออร์บิทัลนี้มีลักษณะการโคจร 50% และลักษณะการโคจร 50% p
รูปที่ 02: พันธะระหว่าง Hybrid Orbitals ของ Carbon Atom และ s Orbitals ของ Hydrogen Atoms
แนวคิดเรื่องการผสมข้ามพันธุ์ครั้งแรกเข้าสู่การอภิปรายเพราะนักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ล้มเหลวในการทำนายโครงสร้างของโมเลกุลบางตัวอย่างถูกต้อง เช่น CH4ที่นี่แม้ว่าอะตอมของคาร์บอนจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่คู่กันเพียงสองตัวตามโครงสร้างของอิเล็กตรอน แต่ก็สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ได้สี่พันธะ ในการสร้างพันธะสี่พันธะ จะต้องมีอิเล็กตรอนสี่ตัวที่ไม่มีคู่
วิธีเดียวที่พวกเขาสามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้คือการคิดว่า s และ p ออร์บิทัลของอะตอมของคาร์บอนหลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างออร์บิทัลใหม่ที่เรียกว่าออร์บิทัลไฮบริดซึ่งมีพลังงานเท่ากัน ที่นี่ หนึ่ง s + สาม p ให้ 4 sp3 ออร์บิทัล ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเติมออร์บิทัลไฮบริดเหล่านี้อย่างเท่าเทียมกัน (หนึ่งอิเล็กตรอนต่อออร์บิทัลแบบไฮบริด) ตามกฎของ Hund จากนั้นมีอิเล็กตรอนสี่ตัวสำหรับการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์สี่พันธะที่มีอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอม
ความแตกต่างระหว่างทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลและทฤษฎีการผสมพันธุ์คืออะไร
ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลเป็นเทคนิคการอธิบายโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลโดยใช้กลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีไฮบริไดเซชันเป็นเทคนิคที่เราใช้เพื่ออธิบายโครงสร้างการโคจรของโมเลกุลดังนั้น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลและทฤษฎีไฮบริไดเซชันคือ ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลอธิบายการก่อตัวของออร์บิทัลพันธะและออร์บิทัลที่ต้านพันธะ ในขณะที่ทฤษฎีไฮบริไดเซชันอธิบายการก่อตัวของออร์บิทัลแบบไฮบริด
นอกจากนี้ ตามทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล รูปแบบการโคจรใหม่จากการผสมออร์บิทัลของอะตอมของสองอะตอมในขณะที่ในทฤษฎีไฮบริไดเซชัน รูปแบบการโคจรรูปแบบใหม่ก่อให้เกิดการผสมออร์บิทัลของอะตอมของอะตอมเดียวกัน ดังนั้น นี่จึงเป็นข้อแตกต่างระหว่างทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลกับทฤษฎีการผสมข้ามพันธุ์
สรุป – ทฤษฎีการโคจรระดับโมเลกุลกับทฤษฎีการผสมพันธุ์
ทั้งทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลและทฤษฎีการผสมพันธุ์มีความสำคัญในการกำหนดโครงสร้างของโมเลกุลความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลและทฤษฎีไฮบริไดเซชันคือทฤษฎีการโคจรของโมเลกุลอธิบายการก่อตัวของออร์บิทัลพันธะและการต่อต้านพันธะ ในขณะที่ทฤษฎีไฮบริไดเซชันอธิบายการก่อตัวของออร์บิทัลแบบไฮบริด