Trong hóa học, lai hóa orbital là sự tổ hợp "trộn lẫn" một số orbital nguyên tử thành những orbital lai hóa mới (nhưng định hướng khác nhau trong không gian) phù hợp để các electron hình thành liên kết hóa học trong thuyết liên kết hóa trị. Lai hóa giúp giải thích về hình học phân tử và liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Tuy đôi lúc được sử dụng cùng thuyết VSEPR, thực tế liên kết cộng hóa trị và lai hóa không liên quan tới mô hình VSEPR. Các orbital tham gia lai hóa phải có năng lượng xấp xỉ nhau.
Lịch sử
Nhà hóa học Linus Pauling lần đầu phát minh ra thuyết lai hóa vào năm 1931 để giải thích cấu trúc của các phân tử đơn giản như methane (CH4) bằng cách sử dụng orbital nguyên tử. Pauling chỉ ra rằng một nguyên tử carbon hình thành bốn liên kết bằng cách sử dụng một orbital s và ba orbital p, do đó "có thể suy ra" rằng một nguyên tử carbon sẽ hình thành ba liên kết vuông góc với nhau (sử dụng các orbital p) và một liên kết thứ tư yếu hơn sử dụng orbital s theo hướng tùy ý. Tuy nhiên theo thực tế, methane có bốn liên kết C-H với độ mạnh tương đương và tạo thành các góc liên kết 109.5°. Pauling cho rằng khi có bốn nguyên tử hydro, các orbital s và p hình thành bốn tổ hợp tương đương hay là orbital lai hóa, mỗi tổ hợp được ký hiệu là sp3 để thể hiện thành phần của nó. Khái niệm này được phát triển cho các hệ thống hóa học đơn giản nhưng sau này đã được áp dụng rộng rãi, ngày nay còn được coi là một phương pháp hiệu quả để giải thích cấu trúc của hợp chất hữu cơ. Nó cung cấp một hình ảnh đơn giản về orbital giống như cấu trúc Lewis.
Thuyết lai hóa chủ yếu được sử dụng trong hóa học hữu cơ, điển hình nhất là quy tắc Baldwin.
Orbital nguyên tử
Orbital là một mô hình đại diện cho chuyển động của các electron (điện tử) trong phân tử. Trong trường hợp lai hóa đơn giản, sự ước chừng này được dựa trên orbital nguyên tử, tương tự với những orbital của nguyên tử hydrogen, nguyên tử trung tính duy nhất mà phương trình Schrödinger có thể giải quyết chính xác. Với các nguyên tử nặng hơn như carbon, nitơ và oxy, orbital nguyên tử được sử dụng là 2s và 2p, tương tự với trạng thái orbital bị kích thích của hydro.
Tổng quan
Lai hóa orbital được cho là sự "trộn lẫn" các orbital nguyên tử, xen phủ nhau theo nhiều tỉ lệ. Ví dụ, với methan, orbital lai hóa của C hình thành từ các liên kết carbon–hydro chứa 25% đặc tính s và 75% đặc tính p, do vậy được mô tả là lai hóa sp3. Cơ học lượng tử mô tả sự lai hóa này như một hàm sóng sp3 với hình thức N(s + pσ), tại đó N là một hằng số chuẩn (tại đây là 1/2) và pσ là một orbital p định hướng dọc theo trục C-H để hình thành một liên kết sigma. Trong ví dụ này hệ số tỉ lệ (thường được biểu thị là λ) là . Từ khi mật độ electron liên kết với một orbital tỉ lệ với bình phương hàm sóng, tỉ lệ của đặc tính p với đặc tính s là λ2 = 3. Đặc tính p hoặc khối lượng của phần p là N2λ2 = 3/4.
Lượng đặc tính p hay đặc tính s, vốn được quyết định chủ yếu bởi sự lai hóa orbital, có thể dùng để dự đoán các đặc tính của phân tử như tính axit hay tính base.
Khái niệm
Lai hóa là sự tổ hợp các orbital nguyên tử khác nhau để tạo ra các orbital nguyên tử hoàn toàn giống nhau về hình dạng, kích thước và năng lượng nhưng khác hướng.
Ví dụ: Trong phân tử CH4, khi nguyên tử cacbon (C) tham gia liên kết với bốn nguyên tử H tạo thành phân tử CH4 thì orbital 2s đã trộn lẫn với ba orbital 2p tạo thành bốn orbital mới giống hệt nhau gọi là bốn orbital lai hóa sp3. Bốn orbital lai hóa sp3 xen phủ với bốn orbital 1s của bốn nguyên tử H tạo thành bốn liên kết C - H giống nhau.
Nguyên nhân của sự lai hóa là các orbital hóa trị ở các phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác nhau cần phải đồng nhất để tạo được liên kết bền với các nguyên tử khác.
Lai hóa giữa obitan 2s và obitan 2p
Khi obitan 2s của nguyên tử cacbon tổ hợp với 1 hoặc nhiều obitan 2p thì sẽ xảy ra ba trường hợp sau:
:Orbital 2s + 1 orbital 2p → 2 orbital lai hóa sp + 2 orbital 2p còn lại
:Orbital 2s + 2 orbital 2p → 3 orbital lai hóa sp2 + 1 orbital 2p còn lại
:Orbital 2s + 3 orbital 2p → 4 orbital lai hóa sp3
:Orbital lai hóa sẽ được dùng trong liên kết sigma với nguyên tử khác, các obitan còn lại được dùng cho liên kết pi. Orbital lai hóa sp thường được dùng để liên kết với 2 nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử, orbital lai hóa sp2 thường liên kết với 3 và orbital lai hóa sp3 thường liên kết với 4 nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử.
Lai hóa sp3
Lai hóa sp3 là sự tổ hợp 1 orbital s với 3 orbital p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 orbital lai hóa sp3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của hình tứ diện đều, các trục đối xứng của chúng tạo với nhau một góc khoảng 109°28'
Lai hóa sp3 được gặp ở các nguyên tử O, N, C trong các phân tử H2O, NH3, CH4 và các ankan.
Ví dụ: phân tử methan CH4
Cấu hình electron của nguyên tử C ở trạng thái kích thích:
Orbital 2s lai hóa với 3 orbital 2p tạo thành 4 orbital lai hóa sp3
4 orbital lai hóa sp3 xen phủ với orbital 1s của nguyên tử hydro tạo thành 4 liên kết sigma.
Ch4 hybridization.svg|180x180px chuyển thành 166x166px
Góc liên kết trong phân tử CH4 là 109°28'
Lai hóa sp2
Công thức phân tử C2H4
Lai hóa sp2 là sự tổ hợp 1 orbital s với 2 orbital p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 3 orbital lai hóa sp2 nằm trong một mặt phẳng, định hướng từ tâm đến đỉnh của tam giác đều. Góc liên kết là 120°.
Lai hóa sp2 xuất hiện trong các phân tử BF3, C2H4...
Ví dụ: phân tử etilen C2H4:
3 vân đạo tạp chủng sp2Cấu hình electron của nguyên tử C ở trạng thái kích thích:
Orbital 2s lai hóa với 2 orbital 2p tạo thành 3 orbital lai hoá sp2
Ba orbital lai hóa sp2 tạo 1 liên kết sigma giữa hai nguyên tử carbon và 2 liên kết sigma với hai nguyên tử hydro. Mỗi nguyên tử carbon còn 1 orbital p không tham gia lai hóa sẽ xen phủ bên với nhau tạo liên kết pi.
Lai hóa sp
Công thức phân tử C2H2
Lai hóa sp là sự tổ hợp 1 orbital s với 1 orbital p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 2 orbital lai hóa sp nằm thẳng hàng với nhau hướng về hai phía, đối xứng nhau. Góc liên kết là 180°.
Lai hóa sp được gặp trong các phân tử BeH2, C2H2, BeCl2...
Ví dụ: phân tử C2H2
Cấu hình electron của nguyên tử C ở trạng thái kích thích:
Obitan 2s lai hóa với 1 obitan 2p tạo thành 2 obitan lai hóa sp
Hai orbital sp tạo 1 liên kết sigma giữa hai nguyên tử carbon và 2 liên kết sigma với 2 nguyên tử hydro. Hai orbital p còn lại xen phủ bên với nhau từng đôi một tạo ra 2 liên kết pi.
Ngoài ra còn có lai hóa sp3d và lai hóa sp3d2.
👁️
1 | 🔗 | 💖 | ✨ | 🌍 | ⌚
**Người Mã Lai** hay **Người Malay** (; chữ Jawi: ملايو) là một dân tộc Nam Đảo nói Tiếng Mã Lai chủ yếu sinh sống trên bán đảo Mã Lai cùng các khu vực ven biển
Trong hóa học, **lai** **hóa orbital** là sự tổ hợp "trộn lẫn" một số orbital nguyên tử thành những _orbital lai hóa_ mới (nhưng định hướng khác nhau trong không gian) phù hợp để các
Trong sinh học, **lai giống** (hybrid) là sự kết hợp các phẩm chất của hai sinh vật thuộc hai giống, hoặc loài, chi thực vật hoặc động vật khác nhau, thông qua sinh sản hữu
**Lai Châu** là một tỉnh thuộc vùng Tây Bắc Bộ, Việt Nam . Trước năm 2004, diện tích hành chính tỉnh Lai Châu bao gồm cả tỉnh Điện Biên. Sau khi tách, Lai Châu hiện
**Người Hoa Indonesia** () hoặc (tại Indonesia) chỉ gọi đơn thuần là **Trung Hoa** () là sắc tộc có nguồn gốc từ những người nhập cư trực tiếp từ Trung Quốc hoặc gián tiếp từ
nhỏ|phải| Hệ thống [[Shadow Hand|cánh tay robot Shadow]] **Robot học** (tiếng Anh: **_Robotics_**) là một ngành kỹ thuật bao gồm thiết kế, chế tạo, vận hành, và ứng dụng robot, cũng như các hệ thống
**Câu lạc bộ bóng đá Hoàng Anh Gia Lai**, thường được gọi ngắn gọn là **Hoàng Anh Gia Lai** (**HAGL**), là một câu lạc bộ bóng đá chuyên nghiệp Việt Nam có trụ sở ở
**Học viện Bóng đá LPBank Hoàng Anh Gia Lai** là một học viện đào tạo bóng đá trẻ dành cho nam của Câu lạc bộ bóng đá Hoàng Anh Gia Lai tại Pleiku, Gia Lai,
**Phương tiện dưới nước không người lái** (tiếng Anh: **_u**nmanned **u**nderwater **v**ehicles_ - **UUV** hoặc _underwater drones_), đôi khi được gọi là **phương tiện lặn không người lái**, là những phương tiện lặn có thể
**Lai Vung** là một huyện nằm ở phía nam tỉnh Đồng Tháp, Việt Nam. Lai Vung được mệnh danh là "vương quốc quýt hồng", nằm giữa sông Tiền và sông Hậu nên có nguồn nước
**Tương lai** mô tả khoảng thời gian nối tiếp và là kết quả của hiện tại, trái ngược quá khứ. Đối với thời gian như là một góc độ nhận thức tuyến tính, tương lai
**Khoa học và công nghệ luận** hay **khoa học, công nghệ và xã hội** (STS) là lĩnh vực nghiên cứu về tương tác qua lại giữa văn hóa, xã hội, chính trị với nghiên cứu
**Lợn rừng lai** hay **Heo rừng lai** (_Sus scrofa_ x _Sus scrofa domesticus_) là một giống lai giữa một con lợn rừng và lợn nhà. Thông thường, lợn rừng lai là con lai giữa lợn
:_Về các loài anh thảo khác, xem bài Chi Anh thảo_ **Chi Tiên khách lai** (danh pháp khoa học: **_Cyclamen_**) là một chi của khoảng 20 loài trong thực vật có hoa, theo truyền thống
nhỏ|phải|Một con [[lợn rừng lai việc lai tạo sẽ giúp những con lợn nhà quay về với kiểu hình tổ tiên của chúng]] **Lai tạo ngược** (_Breeding back_) là một hình thức chọn lọc nhân
thumb|[[Tổng thống Hoa Kỳ Donald Trump (trái) và Chủ tịch Trung Quốc Tập Cận Bình (phải) gặp nhau tại Hamburg, Đức tháng 7 năm 2017.]] thumb|Đại sứ quán Hoa Kỳ tại Trung Quốcthumb|Đại sứ quán
Sự phát triển của Toán học cả về mặt tổng thể lẫn các bài toán riêng lẻ là một chủ đề được bàn luận rộng rãi - nhiều dự đoán trong quá khứ về toán
**Ong lai châu Phi** trong tiếng Anh còn gọi là **ong sát thủ** là kết quả lai tạo giữa hai giống ong mật phương Tây (_Apis mellifera_) và ong mật châu Phi (_A. m. scutellata_).
**Hoa anh đào** (_Sakura_, katakana: サクラ, hiragana: さくら, kanji: 桜 (cựu tự thể: 櫻 Hán Việt: Anh) là hoa của các loài thực vật thuộc phân chi anh đào, chi Mận mơ, họ Hoa hồng;
**Trường Trung học phổ thông chuyên Hùng Vương** (**CHVGL**; ) là một trường Trung học phổ thông chuyên công lập nằm ở phường Diên Hồng, tỉnh Gia Lai. Được thành lập vào năm 1993, đây
**Thực vật có hoa**, còn gọi là **thực vật hạt kín** hay **thực vật bí tử** (danh pháp khoa học **Angiospermae** hoặc **Anthophyta** hay **Magnoliophyta**) là một nhóm chính của thực vật. Chúng tạo thành
Mối quan hệ giữa **sinh học và xu hướng tính dục** là một đối tượng trong công tác nghiên cứu. Mặc dù các nhà khoa học không biết được nguyên nhân cụ thể hình thành
**Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh** (tiếng Anh: _Ho Chi Minh City University of Education_ – **HCMUE**) được thành lập ngày 27 tháng 10 năm 1976 theo Quyết định số 426/TTg
**Tuần duyên Hoa Kỳ** hay **Dương hải vệ Hoa Kỳ** (tiếng Anh: _United States Coast Guard_ hay viết tắt là **USCG**) là một quân chủng của quân đội Hoa Kỳ và là một trong 8
**Đại học Đà Nẵng** ( – **UDN**) là một trong ba hệ thống đại học vùng của Việt Nam, có trụ sở chính được đặt tại Đà Nẵng, được thành lập vào ngày 4 tháng
Niềm tin về tương ứng giữa quan sát thiên văn và các sự kiện trên Trái đất trong học Tử vi đã ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh trong lịch sử nhân loại, bao gồm
**Di truyền học bảo tồn** (_Conservation genetics_) là một lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu mang tính liên ngành của di truyền học quần thể nhằm mục đích tìm hiểu cơ chế, động lực học
thumb|Biểu tượng thường gắn liền với tâm lý bài người Mã Lai. **Tâm lý bài người Mã Lai** (tiếng Anh: Anti-Malay sentiment) là cảm xúc tiêu cực, biểu hiện ở sự thù địch, sợ hãi,
nhỏ|228x228px|Cánh tay robot trong công nghiệp, một trong những ứng dụng của tự động hóa **Tự động hóa** hay **Điều khiển tự động** mô tả một loạt các công nghệ làm giảm sự can thiệp
Huy chương Giải Nobel **Giải Nobel Hòa bình** là một trong năm Giải Nobel được thành lập theo di chỉ của nhà công nghiệp, nhà phát minh và nhà sản xuất quân trang (vũ khí
**Diesel sinh học** là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động
phải|Cấu trúc của [[insulin.]] liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp tin:Insulincrystals.jpg|nhỏ|Tinh thể [[insulin]] **Công nghệ sinh học** là một lĩnh vực sinh học rộng lớn, liên quan đến việc sử dụng các hệ thống sống và sinh vật để phát
**Viện Đại học Bách khoa Virginia** (tên đầy đủ tiếng Anh: _Virginia Polytechnic Institute and State University_, "Viện Bách khoa và Viện Đại học Tiểu bang Virginia", thường đọc ngắn gọn là **Virginia Tech**) là
**Văn học Việt Nam thời Tiền Lê** được nhiều nhà nghiên cứu xem là giai đoạn sơ khởi của nền văn học viết Việt Nam (để phân biệt với văn học dân gian, văn học
right|thumb|upright=1.2|Lính nhảy dù Mỹ thuộc Lữ đoàn dù 173 tuần tra vào tháng 3 năm 1966 **Hoa Kỳ can thiệp quân sự tại Việt Nam** trong giai đoạn 1948–1975 là quá trình diễn biến của
**Đại học Leeds** là một viện đại học ở Leeds, Tây Yorkshire, Anh, thành lập vào năm 1831. Ban đầu nó có tên là Cao đẳng Khoa học Yorkshire và sau đó là Cao đẳng
**Trung Hoa Dân Quốc** (Tiếng Trung: 中華民國; Bính âm: Zhōnghuá Mínguó; Tiếng Anh: Republic Of China) là một quốc gia cộng hòa đã kiểm soát chủ quyền với toàn bộ Trung Quốc từ năm 1912
**Đại học Quốc tế Florida** là một trường đại học nghiên cứu công lập với khuôn viên chính tại University Park, Florida, Hoa Kỳ. Được thành lập vào năm 1965 bởi Quốc hội Florida, trường
**Phong trào Tân văn hóa** từ giữa thập niên 1910 đến thập niên 1920 là cuộc vận động văn hóa chính trị, khởi xướng bởi các trí thức vỡ mộng với văn hóa Trung Quốc
**Toàn cầu hóa** là khái niệm dùng để miêu tả các thay đổi trong xã hội và trong nền kinh tế thế giới, tạo ra bởi mối liên kết và trao đổi ngày càng tăng
Nước chiếm 70% bề mặt của Trái Đất **Thủy văn học** (tiếng Anh: _hydrology_, gốc Hy Lạp: Yδρoλoγια, Yδωρ+Λoγos, _hydrologia_, nghĩa là "khoa học về nước") là ngành khoa học nghiên cứu về sự vận
Trong hóa học **lý thuyết liên kết hóa trị** (tiếng Anh: VB, _Valence Bond_) là một trong hai lý thuyết cơ bản, cùng với lý thuyết quỹ đạo phân tử (MO, _Molecular Orbital_) được phát
phải|nhỏ|380x380px| Hệ thực vật núi cao tại Đèo Logan, [[Vườn quốc gia Glacier (Hoa Kỳ)|Vườn quốc gia Glacier, ở Montana, Hoa Kỳ: Thực vật núi cao là một nhóm được cho là rất dễ bị
thumb|upright=1.4|[[Đất xấu khắc vào đá phiến sét dưới chân cao nguyên Bắc Caineville, Utah, trong đèo được khắc bởi sông Fremont và được gọi là the Blue Gate. Grove Karl Gilbert đã nghiên cứu các
Mặt tiền tòa nhà hành chính của [[Viện Đại học Sài Gòn, cơ sở giáo dục đại học lớn nhất tại Việt Nam Cộng hòa, hình chụp năm 1961.]] **Nền giáo dục Việt Nam Cộng
**Văn học Nhật Bản** là một trong những nền văn học dân tộc lâu đời nhất và giàu có nhất thế giới nảy sinh trong môi trường nhân dân rộng lớn từ thuở bình minh
} Trong sinh học, **tiến hóa** là sự thay đổi đặc tính di truyền của một quần thể sinh học qua những thế hệ nối tiếp nhau. Những đặc tính này là sự biểu hiện
Ngôn ngữ Mã Lai có một hệ thống phức tạp các danh hiệu, tước vị và kính ngữ, được sử dụng rộng rãi trong Brunei và Malaysia. Singapore, có hoàng tộc Malay nhưng bị chính
**Đại học Công nghệ Quốc phòng Trung Quốc** (tên tiếng Anh: **National University of Defense Technology** (**NUDT**; ) trực thuộc Quân ủy Trung ương Trung Quốc, là một trường đại học trọng điểm quốc gia
**Học sâu** (tiếng Anh: **deep learning**, còn gọi là **học cấu trúc sâu**) là một phần trong một nhánh rộng hơn các phương pháp học máy dựa trên mạng thần kinh nhân tạo kết hợp