Lewis Formülleri ve Hibritleşme

Hidrojen atomunun tek bir elektronu var. İki H atomu yaklaşınca orbitalleri üst üste biner, iki elektron aradaki bölgede ortak kalır. Paylaşılan bu elektron çifti kovalent bağdır: $\text{H}_2$ molekülü.

Oksijenin 6, her hidrojenin 1 değerlik elektronu var: toplam $8$. İki çift O–H arasında paylaşılır (bağlayıcı), iki çift oksijende kalır (ortaklanmamış). Halkalar O'nun çevresinde $8$ (oktet), H'nin çevresinde $2$ elektron sayar.

Karbonda $2s$ orbitali dolu, iki $2p$ orbitalinde birer tek elektron var, biri boş. Bağı tek elektronlar kurduğuna göre karbon iki bağ yapmalı. Oysa metanda ($\text{CH}_4$) dört eş bağ yapar.

Değerlik katmanında bir küre biçimli $2s$ ve üç dambıl biçimli $2p$ orbitali var. $p$ orbitalleri $x$, $y$, $z$ eksenleri boyunca, birbirine dik durur. Karbon bağ yaparken bu dört orbitali karıştırır.

Orbitaller iki çekirdeği birleştiren eksen boyunca uç uca örtüşürse sigma ($\sigma$) bağı oluşur: $s$–$s$, $s$–$p$ ya da $p$–$p$. Mavi örtüşme bölgesi hep eksenin üzerindedir. İki atom arasındaki ilk bağ her zaman $\sigma$ bağıdır.

$\text{N}_2$'de $p_x$'ler uç uca örtüşüp $\sigma$ bağını kurar. Eksene dik kalan $p_y$ ve $p_z$'ler yan yana örtüşür: eksenin dışında iki pi ($\pi$) bağı. İkili bağ $1\sigma + 1\pi$, üçlü bağ $1\sigma + 2\pi$'dir.

Karbon $2s$ ile üç $2p$ orbitalini karıştırır: dört eş $sp^3$ hibrit orbitali oluşur. Her lobun büyük bir ön, küçük bir arka kısmı vardır. Dört lob düzgün dörtyüzlünün köşelerine yönelir.

Her $sp^3$ lobunda bir tek elektron var. Lob bir H'nin $1s$ orbitaliyle uç uca örtüşür: dört eş $\sigma$ bağı. Bağlar arasındaki açı $109{,}5^\circ$'dir; metan düzgün dörtyüzlü biçimdedir.

Etende her karbon üç atoma bağlı: $2s$ ile iki $2p$ karışır, aynı düzlemde $120^\circ$ aralıklı üç $sp^2$ lobu oluşur. Karışmayan $p$ düzleme diktir; iki karbonun $p$'leri yan yana örtüşür: $\pi$ bulutu düzlemin üstünde ve altında.

Etinde her karbon iki atoma bağlı: $2s$ ile bir $2p$ karışır, iki $sp$ lobu $180^\circ$ ile tek doğru üzerinde durur. Kalan iki $p$ iki $\pi$ bağı kurar; ikisi birlikte eksenin çevresinde silindir biçimli bir bulut oluşturur.

Karışan orbital sayısı kadar hibrit orbital oluşur. $sp^3$: 4 lob, $109{,}5^\circ$. $sp^2$: 3 lob, $120^\circ$, bir $p$ kalır. $sp$: 2 lob, $180^\circ$, iki $p$ kalır. Kalan $p$'ler $\pi$ bağı kurar.

Azot ve oksijen de $sp^3$ hibritleşmesi yapar. $\text{NH}_3$'te dört lobun biri, $\text{H}_2\text{O}$'da ikisi H'ye bağlanmaz; bu loblarda ortaklanmamış çift durur. Bölge sayısını bulurken çiftleri de say.

$\text{HC}{\equiv}\text{C}{-}\text{CH}{=}\text{CH}{-}\text{CH}_3$'te her karbonun kabuğu hibrit türünü gösterir. Üçlü bağın karbonları $sp$, ikili bağınkiler $sp^2$, yalnız tekli bağ yapan karbon $sp^3$'tür.

Her bağın ilki $\sigma$'dır; ikili bağ bir, üçlü bağ iki $\pi$ ekler. Bağlar sırayla yanar: 6 C–H ve 4 C–C bağı $10\,\sigma$ verir; üçlü bağdan $2$, ikili bağdan $1$ $\pi$ gelir.

Lewis formülü bağlayıcı ve ortaklanmamış çiftleri sayar. Uç uca örtüşme $\sigma$, yan yana örtüşme $\pi$ bağıdır. Bölge sayısı 4, 3, 2 ise atom $sp^3$, $sp^2$, $sp$ olur; açılar $109{,}5^\circ$, $120^\circ$, $180^\circ$.