• Hibritleşme, “melezleşme” demektir.
• Hibritleşme olayı, atomların orbitallerinde gerçekleşir.
• Hibritleşme olayına, sadece son yörüngedeki orbitaller (değerlik orbitalleri) katılır.
• Hibritleşme olayında, son yörüngedeki orbitaller melezleşir ve hibrit orbitallerine dönüşür.
• Hibrit orbitalleri, eşit enerjili kardeş orbitallerdir.
• Hibrit orbitallerinin şekilleri, bildiğimiz s, p, d, f orbitallerinden farklıdır.
• Organik moleküllerde karşımıza çıkabilecek üç çeşit hibritleşme vardır. Bunlar:
  • sp³ hibritleşmesi (1 tane s, 3 tane p orbitali hibritleşir.)
  • sp² hibritleşmesi (1 tane s, 2 tane p orbitali hibritleşir.)
  • sp hibritleşmesi (1 tane s, 1 tane p orbitali hibritleşir.)
• Hibrit orbitallerinin kendilerine özgü isimleri vardır:
  • sp³ hibrit orbitalleri (4 kardeş orbitaldir.)
  • sp² hibrit orbitalleri (3 kardeş orbitaldir.
  • sp hibrit orbitalleri (2 kardeş orbitaldir.)
• Hibritleşmenin türü atomun kuracağı σ (sigma) ve π (pi) bağlarının sayısını belirler.

σ (Sigma) ve π (Pi) Bağları

• Kovalent bağlar, şu şekilde ikiye ayrılır.
  1. σ (Sigma) bağı
  2. π (Pi) bağları

σ (Sigma) Bağı

• İki ametal arasında kurulan ilk kovalent bağ sigma bağıdır.
  • Sigma bağı yoksa, atomlar kovalent bağ kurmamış demektir.
  • İki tane yarı dolu orbitalin kesişmesi ile bir sigma bağı oluşur.

Karbon atomunun sigma bağları, hibrit orbitalleri ile kurulur.

π (Pi) Bağı

• Pi bağı, ikili veya üçlü kovalent bağlarda görülür.
  • İkili kovalent bağın, bir tanesi sigma diğeri pi bağıdır.
  • Üçlü kovalent bağın, bir tanesi sigma, diğer ikisi pi bağlarıdır.

Karbon atomunda hibritleşmeye katılmayan yarı dolu orbitaller, pi bağı oluşturur.

Hibritleşme Türüne Göre Sigma ve Pi Bağı Sayısı

Karbon atomunun kurduğu kovalent bağların türleri şöyle tespit edilir:

• sp³ hibritleşmesi yapan C atomu, 4 tane sigma bağı kurar, hiç pi bağı kurmaz.
• sp² hibritleşmesi yapan C atomu, 3 tane sigma bağı kurar, 1 tane pi bağı kurar.
• sp hibritleşmesi yapan C atomu, 2 tane sigma bağı kurar, 2 tane pi bağı kurar.

C Atomunun Temel Hal Orbitalleri

• C atomu, 6 proton ve 6 elektronu olan küçük ve yetenekli bir atomdur.
• C atomunun orbital dizilimi şu şekildedir:
  • ₆C₆      1s² 2s² 2p²
• C atomunun, hibritleşmeden önce, temel haline ait, enerji seviyeleri ile birlikte orbital dizilimini göstermek istersek, şöyle gösterebiliriz:

Hibritleşmeden önce, s ve p orbitalleri şöyle görünür:

• Temel hal orbital dizilimine bakarsak, 2p orbitallerinin enerjisinin en yüksek olduğunu, 2s orbitallerinin enerjisinin de 2p orbitallerinden düşük olduğunu görürüz.
• C atomunun değerlik orbitalleri, 2s² ve 2p² orbitalleri olduğu için, hibritleşme bu iki orbital arasında gerçekleşir.

C Atomunun sp³ Hibritleşmesi

• C atomunda sp³ hibritleşmesi, atomun son yörüngesinde bulunan; 2s orbitali ile 3 tane kardeş 2p orbitalinin melezleşmesi ile oluşur.
• Hibritleşme gerçekleşmeden önce;
  • uyarılma gerçekleşir ve
  • 2s elektronlarından biri boş 2p orbitaline sıçrar.
• sp³ hibritleşmesinde;
  • 2s orbitalinin enerjisi biraz artar
  • 2p orbitallerinin üçünün de enerjisi biraz azalır
  • Böylece 4 tane orbital ortada buluşur ve enerjileri eşitlenir
  • Bu arada, 2s² orbitalinin 1 elektronu boş olan 2p² orbitallerine geçer.
• Bu olaylar sonucu, C atomu temel halden sp³ hibritleşmesi yapmış hale geçer.
• sp³ hibrileşmesi esnasında gerçekleşen bütün bu olaylar şu şekilde gösterilebilir:

• Yukarıda görüldüğü gibi, sp³ hibrit orbitalleri, 4 tane yarı dolu orbitaldir.
• sp³ hibrit orbitalleri; biri sönük diğeri şişik iki tane balonun ağızlarından eklenmesiyle oluşan şekler benzer.
• Aşağıda, 4 adet sp³ hibrit orbitali, yönleri ile birlikte verilmiştir:

• Atomun çekirdeğinin etrafında, 4 tane sp³ hibrit orbitali, hep birlikte şöyle görünür:

sp³ Hibritleşmesi Yapmış C Atomunun Özellikleri

• sp³ orbitallerin hep birlikte oluşturduğu şekle bakarsak, eş üçgenlerden oluşan bir üçgen piramittir.
  • Bu şekle düzgün dörtyüzlü denir.
  • Kovalent bağlar arasındaki açı 109,5 derecedir.
• C atomu ile kovalent bağ kurmak isteyen atomlar, bu 4 tane hibrit orbitali ile kesişerek bağlanırlar.
  • Yani; karbon atomuna bağlanacak atomlar, bu orbitallerin elektronlarını ortaklaşa kullanır.
• sp³ hibritleşmesi yapmış C atomu, 4 tane tekli kovalent bağ kurar.
• Tekli kovalent bağların hepsi σ (sigma) bağıdır:

• Bu karbon atomunun oluşturduğu moleküllerin geometrik şekli, düzgün dörtyüzlüdür.
• Çizim zorluğundan dolayı dik açılı gibi çizilir fakat; kovalent bağlar arasındaki açı 109,5 derecedir.
• İkili veya üçlü kovalent bağ yapmayan bütün C atomları sp³ hibritleşmesi yapmış demektir.

CH₄ (Metan) Molekülü

• CH₄ molekülünün Lewis Elektron Nokta Yapısı’na bakarsak, C atomunun 4 tane tekli bağ (σ – sigma bağı) yaptığını görürüz. Bu yüzden;
  • CH₄ molekülündeki C atomu sp³ hibritleşmesi yapmıştır.
  • CH₄ molekülünün geometrik şekli düzgün dörtyüzlüdür.
  • CH₄ molekülünde, bağlar arasındaki açı 109,5 derecedir.

Aşağıda, orbitaller yapıları ile, CH₄ molekülünün oluşumu verilmiştir:

CCl₄ (Karbon Tetraklorür) Molekülü

• CCl₄ molekülünün Lewis Elektron Nokta Yapısı’na bakarsak, C atomunun 4 tane tekli bağ (σ – sigma bağı) yaptığını görürüz. Bu yüzden;
  • CCl₄ molekülündeki C atomu sp³ hibritleşmesi yapmıştır.
  • CCl₄ molekülünün geometrik şekli düzgün dörtyüzlüdür.
  • CCl₄ molekülünde, bağlar arasındaki açı 109,5 derecedir.

C₂H₆ (Etan) Molekülü

• C₂H₆ molekülünün Lewis Elektron Nokta Yapısı’na bakarsak, C atomlarının ikisinin de 4’er tane tekli bağ (σ – sigma bağı) yaptığını görürüz. Bu yüzden;
  • C₂H₆ molekülündeki 2 C atomu da sp³ hibritleşmesi yapmıştır.
  • C₂H₆ molekülünün geometrik şekli, birbirine eklenmiş 2 tane düzgün dörtyüzlüdür.
  • C₂H₆ molekülünde, bağlar arasındaki açı 109,5 derecedir.

C₂H₆ molekülünün orbital yapısı şöyledir:

C Atomunun sp² Hibritleşmesi

• sp² hibritleşmesinde; s orbitali ve kardeş p orbitallerinden 2 tanesi hibritleşmeye katılır, geriye kalan 1 tane p orbitali hibritleşmeye katılmaz. Yani; sp² hibritleşmesine toplam 3 tane orbital katılır.

• s orbitali; sp³ hibritleşmesinde olduğu gibi bir elektronunu, boş olan p orbitaline verir.
• s orbitali ile 2 tane yarı dolu kardeş p orbitali, aynı enerji düzeyinde buluşur. (sp³ hibritleşmesinde olduğu gibi)
• sp² hibritleşmesi sonucu, 3 tane sp² hibrit orbitali oluşur.

• sp² hibrit orbitalleri, atomun çekirdeğinden dışarıya doğru yönelen ve aralarında 120^o açı olan 3 adet eş orbitaldir.

sp² Hibritleşmesi Yapmış C Atomunun Özellikleri

• sp² hibritleşmesi yapmış C atomu, 2 tane tekli 1 tane ikili kovalent bağ kurar.

• İkili kovalent bağlarının biri σ (sigma); diğeri  π (pi) bağıdır.
• Tekli kovalent bağların ikisi de σ (sigma) bağıdır:

• sp² hibritleşmesi yapmış C atomunun bağları arasındaki açı 120^o‘dir.

• Bu karbon atomunun oluşturduğu molekülleri geometrik şekli, düzlem üçgendir.

C₂H₄ (Etilen) Molekülü

Etilen, diğer adıyla eten molekülündeki C atomlarının ikisi de sp² hibritleşmesi yapmıştır. Moleküle yakından bakalım:

• Etilen molekülündeki σ (sigma) ve π (pi) bağları şöyledir:

• C-H bağlarının her biri bir σ (sigma) bağıdır.
• sp² hibrit orbitalleri 3 tanedir ve hepsi σ (sigma) bağı kurmak için kullanılır.
• C atomları, 3’er tane σ (sigma) bağlarını sp² hibrit orbitalleri ile yapar.
• sp² hibritleşmesine katılmayan p orbitali ise π (pi) bağı kurmak için kullanılır.
• C-H bağındaki elektronların biri H atomunun yarı dolu s orbitalinden, diğeri de C atomunun sp² hibrit orbitalinden gelir.
• C=C atomları arasındaki σ (sigma) bağının elektronları, bu atomların yarı dolu birer sp² hibrit orbitalinden gelir.
• C=C arasındaki π (pi) bağı ise, C atomlarının sp² hibritleşmesine katılmayan p orbitallerinin ortaklaşması ile oluşur.

• Orbital yapısı ile C₂H₄ (Etilen) molekülünündeki sigma bağlarını şöyle gösterebiliriz:

• Orbital yapısı ile C₂H₄ (Etilen) molekülünündeki pi bağını şöyle gösterebiliriz:

• Orbital yapısı ile C₂H₄ (Etilen) molekülünündeki sigma ve pi bağlarını, hep birlikte şöyle gösterebiliriz:

C Atomunun sp Hibritleşmesi

• sp hibritleşmesinde; s orbitali ve kardeş p orbitallerinden 1 tanesi hibritleşmeye katılır, geriye kalan 2 tane p orbitali hibritleşmeye katılmaz. Yani; sp hibritleşmesine toplam 2 tane orbital katılır.

• s orbitali; önceki hibritleşme türlerinde olduğu gibi bir elektronunu, boş olan p orbitaline verir.
• s orbitali ile 1 tane yarı dolu kardeş p orbitali, aynı enerji düzeyinde buluşur.
• sp hibritleşmesi sonucu, 2 tane sp² hibrit orbitali oluşur.

• sp² hibrit orbitalleri, atomun çekirdeğinden dışarıya doğru yönelen ve aralarında 120^o açı olan 3 adet eş orbitaldir.

sp Hibritleşmesi Yapmış C Atomunun Özellikleri

• sp hibritleşmesi yapmış C atomu:
  • 2 tane ikili kovalent bağ veya
  • 1 tane tekli 1 tane üçlü kovalent bağ kurar.

• İkili kovalent bağlarının biri σ (sigma); diğeri  π (pi) bağıdır.
• Üçlü kovalent bağlarının biri σ (sigma); diğer ikisi  π (pi) bağıdır.
• Tekli kovalent bağ, σ (sigma) bağıdır:

• sp hibritleşmesi yapmış C atomunun bağları arasındaki açı 180^o‘dir.

• Bu karbon atomunun oluşturduğu molekülleri geometrik şekli, doğrusaldır.

C₂H₂ (Asetilen veya Etin) Molekülü

• Etin, diğer adıyla asetilen molekülündeki C atomlarının ikisi de sp hibritleşmesi yapmıştır. Moleküle yakından bakalım:

• Etilen molekülündeki σ (sigma) ve π (pi) bağları şöyledir:

• C-H bağlarının her biri bir σ (sigma) bağıdır.
• sp hibrit orbitalleri 2 tanedir ve hepsi σ (sigma) bağı kurmak için kullanılır.
• C atomları, 2’şer tane σ (sigma) bağlarını sp hibrit orbitalleri ile yapar.
• sp hibritleşmesine katılmayan p orbitalleri ise 2 tane π (pi) bağı kurmak için kullanılır.
• C-H bağındaki elektronların biri H atomunun yarı dolu s orbitalinden, diğeri de C atomunun sp hibrit orbitalinden gelir.
• C C atomları arasındaki σ (sigma) bağının elektronları, bu atomların yarı dolu birer sp hibrit orbitalinden gelir.
• C C atomları arasındaki π (pi) bağları ise, C atomlarının sp hibritleşmesine katılmayan p orbitallerinin ortaklaşması ile oluşur.

• Orbital yapısı ile C₂H₂ (Asetilen) molekülünündeki sigma bağlarını şöyle gösterebiliriz:

• Orbital yapısı ile C₂H₂ (Asetilen) molekülünündeki pi bağlarını şöyle gösterebiliriz:

VSEPR Yaklaşımı ve Molekül Geometrisi

Karbon (C) atomunun, bütün hibritleşme türlerini detaylı bir şekilde gördük. Peki; diğer atomlarda hibritleşme olmaz mı? Olursa, hangi hibritleşmeler olur ve bu atomların molekülleri neye benzer? Bu soruların cevabını VSEPR kuralı verir.

• VSEPR: Değerlik Katmanı Elektron Çifti İtmesi (Valance Shell Electron Pair Repulsion)
• Atomların hibritleşmeye katılan orbitalleri her zaman yarı dolu olmayabilir.
  • 5A ve 6A atomlarının tam dolu bir değerlik orbitali de sp³ hibritleşmesine katılır.
  • Hibritleşmeye katılan bu orbitaller tam dolu oldukları için bağa katılmadan ayrı dururlar.
  • Bu orbitaller, bağ kuran orbitalleri (elektron çiftlerini) iterler. (Elektronlar arası itme)
  • Bu durum bağ kuran orbitallerin birbirine yaklaşmasına sebep olur ve bağ açılarını küçültür.
  • Bu da molekül geometrisini etkiler.
• VSEPR kuralı, bağa katılmayan hibrit orbitallerinin, molekül geometrisine etkisini açıklar.

N (Azot) Atomunun Hibritleşmesi (sp³)

• N atomunun 7 tane protonu ve temel halde 7 tane elektronu vardır.
• N atomunun temel hal orbital dizlimi şöyledir:
  • ₇N₇      1s² 2s² 2p³
• N atomu, sp³ hibritleşmesi yapar. Hibritleşme olayı şöyle gerçekleşir:

• Hibrit orbitallerine bakarsak, 4 tane sp3 hibrit orbitali görürüz. Bu orbitallerin:
  • 1 tanesi tam doludur:
    • Bağa katılmazlar, bağ orbitallerini iterek kendinden uzaklaştırır.
  • 3 tanesi yarı doludur:
    • Diğer atomların (mesela H atomlarının) yarı dolu değerlik orbitalleri ile örtüşerek 3 tane sigma bağı yaparlar.

• NH₃ molekülünün orbital yapısına bakarak, N atomunun hibritleşmiş halini, molekülünde iken görelim:

• N atomunda, bağa katılmayan hibrit orbitalinin bağları iterek, molekül geometrisini nasıl etkilediğini aşağıda şekilde daha net görüyoruz:

• 5A grubu atomlarının (N gibi) H veya halojenler ile yaptığı moleküller:
  • Üçgen Piramit bir geometrik şekle sahiptir.
  • Bu tür moleküllerde, bağ açısı 107^o‘dir.

O (Oksijen) Atomunun Hibritleşmesi (sp³)

• O atomunun 8 tane protonu ve temel halde 8 tane elektronu vardır.
• O atomunun temel hal orbital dizlimi şöyledir:
  • ₈O₈      1s² 2s² 2p⁴
• O atomu, sp³ hibritleşmesi yapar. Hibritleşme olayı şöyle gerçekleşir:

• Hibrit orbitallerine bakarsak, 4 tane sp³ hibrit orbitali görürüz. Bu orbitallerin:
  • 2 tanesi tam doludur:
    • Bağa katılmazlar.
    • Bağ orbitallerini ve birbirlerini iterek molekül geometrisini etkilerler.
  • 2 tanesi yarı doludur:
    • Diğer atomların (mesela H atomlarının) yarı dolu değerlik orbitalleri ile örtüşerek 2 tane sigma bağı yaparlar.

• H₂O molekülünün orbital yapısına bakarak, O atomunun hibritleşmiş halini, molekülünde iken görelim:

• O atomunda, bağa katılmayan 2 tane sp³ hibrit orbitalinin bağları iterek, molekül geometrisini nasıl etkilediğini aşağıda şekilde daha net görüyoruz:

• 6A grubu atomlarının (oksijen gibi), H veya halojenler ile yaptığı moleküller:
  • Kırık Doğru (Açısal) bir geometrik şekle sahiptir.
  • Bağ açıları 104,5^o‘dir.

Moleküllerin VSEPR Formülleri

• VSEPR kuralına göre, molekülün VSEPR formülü bulunursa, hibritleşme türü ve molekül geometrisi de bulunabilir.
• Bir molekülün VSEPR formülü şu şablona göre yazılır:

AX_nE_m

• Bu formüldeki sembollerin anlamı şudur:
  • A: Molekülün Merkez atomunu temsil eder. Bir molekülün merkez atomu, genelde sayısı az olan atomdur.
  • X: Molekülün merkez atomuna bağlı diğer atomları temsil eder.
  • n: Molekülün merkez atomuna bağlı diğer atomların sayısıdır.
  • E: Molekülün merkez atomunun, bağa katılmayan elektron çiftlerini temsil eder.
  • m: Molekülün merkez atomunun, bağa katılmayan elektron çiftlerinin sayısıdır. (Dikkat edin; elektron sayısı değil, elektorn çiftlerinin sayısıdır.)

Aşağıda, şu ana kadar öğrendiğimiz atom ve moleküllere dair bilgiler özetlenmiştir. Bu tablo dikkatle incelenmelidir.