sp2-HYBRIDISAATIO

Hiiliatomin sp2-hybridisaatio

Bentseenin rakenne

Karbonyyliryhmän rakenne

sp-HYBRIDISAATIO

Etyynin hiiliatomit ovat sp-hybridisoituneet.

Hiilidioksidin rakenne

KERTAUS JA YHTEENVETOASIOITA Hybridisaatio Saman atomin atomiorbitaalien sekoittuessa syntyy hybridiorbitaaleja. Hybridisaatiossa keskenään erilaisista atomiorbitaaleista muodostuu yhtä monta keskenään samanlaista hybridiorbitaalia. Hybridiorbitaalien lukumäärä on sama kuin hybridisaatiossa sekoittuvien atomiorbitaalien lukumäärä.

Hybridiorbitaalien tunnuksina käytetään hybridisaatiossa sekoittuvien atomiorbitaalien tunnuksista johdettuja kirjainyhdistelmiä (sp3, sp2 ja sp), joista näkyvät alkuperäiset atomiorbitaalit ja niiden lukumäärät. Hybridiorbitaalit – samoin atomiorbitaalit – ovat tietyn muotoisia ja suuntautuvat avaruudessa tiettyihin suuntiin.

Sidostyypit ja niiden erot

Molekyylin muoto

ATOMIHILAT Hiilen monet kasvot Timantissa ei ole muita alkuaineita kuin hiiltä.

Timantin jokainen hiili on sp3-hybridisoitunut ja sitoutunut neljään naapurihiiliatomiin neljällä tetraedrisesti suuntautuneella lujalla sigmasidoksella. Syntyy atomihila. Sigmasidoksista johtuu timantin kovuus ja korkea sulamispiste 3500 °C. Timantti on hyvä lämmönjohde, koska atomien lämpövärähtely etenee atomihilassa nopeasti. Timantti ei johda sähköä, koska kaikki elektronit ovat sidotut sigmasidoksiin. Koruissa timantteja käytetään niiden valonläpäisevyyden ja suuren taitekertoimen vuoksi.

Grafiitissa on atomihila, sen kaikki hiiliatomit ovat sp2-hybridisoituneet. Jokainen grafiitin hiiliatomi muodostaa sp2-hybridiorbitaaleillaan kolme lujaa σ(sp2, sp2)-sidosta naapurihiiliatomeihin. Syntyy säännöllisistä kuusikulmioista rakentuva tasomainen verkko, jossa kaikki sidoskulmat ovat 120°. 2p-atomiorbitaalit eivät muodosta paikantuneita π-sidoksia, vaan π-sidoselektronit delokalisoituvat elektronipilviksi hiiliverkkojen väleihin. Hiiliverkoissa sidokset ovat lujia σ-sidoksia, mutta verkkojen väliset sidokset ovat paljon σ-sidoksia heikompia dispersiovoimia.

Delokalisoituneet π-sidoselektronit voivat liikkua vapaasti atomihilassa, joten grafiitti johtaa hyvin sähköä. π-sidoselektronien vuoksi grafiitti on mustanharmaata, kiiltävää ja valoa läpäisemätöntä ainetta. Kerrosten väliset dispersiovoimat ovat heikkoja, joten kerrokset voivat helposti liukua erilleen toisistaan. Tämän takia grafiitti on pehmeää, tahraavaa ja liukasta. Käytetään voiteluaineena ja lyijykynän grafiitilla voidaan piirtää. Vahvojen σ-sidosten takia grafiitti sublimoitumispiste on 3700 °C.

Atomihilan atomien ei tarvitse olla samanlaisia. Piidioksidissa, SiO2, jokainen piiatomi on sitoutunut neljällä σ-sidoksella neljään happiatomiin ja jokainen happiatomi kahdella σ-sidoksella kahteen piiatomiin. Piidioksidi on kovaa, sähköä johtamatonta ainetta, ja sen sulamispiste on korkea, noin 1700 °C. Esiintyy kivilajeissa kvartsina, joka on lasi- ja keramiikkateollisuuden tärkeä raaka-aine.

Atomihilan rakenne mahdollistaa yhdisteiden käyttämisen metallien hionnassa, metallien ja muiden kovien materiaalien työstämisessä sekä rakennusmateriaaleina. Näitä yhdisteitä ovat piidioksidin lisäksi piikarbidi SiC boorinitridi BN volframikarbidi WC.

Allotropia Allotropiaksi kutsutaan ilmiötä, jossa tietyllä alkuaineella on useita samassa olomuodossa olevia rakenteeltaan erilaisia muotoja. Timantti ja grafiitti ovat hiilen allotrooppisia muotoja. Happi- ja otsonimolekyylit O2 ja O3. Valkoinen fosfori koostuu P4-molekyyleistä, kun taas punainen ja musta fosfori muodostavat atomihilan.

Pysyvin fullereenimolekyyli C60 on muodostunut 20 kuusirenkaasta ja 12 viisirenkaasta. Tämä fullereeni on jalkapallon muotoinen. Fullereenien rakenteessa vuorottelevat viisi- ja kuusirenkaat, jotka muodostavat pallon tai kapselin. Kaikki hiiliatomit ovat sp2-hybridisoituneita. Nanoputken rakennetta voidaan havainnollistaa seuraavasti: grafiitin tasomaiset verkot kiertyvät putkeksi, ja fullereenimolekyylien puolikkaat sulkevat putken päät.