Es ist viel einfacher, es an einem einfacheren Beispiel zu erklären - $ \ ce {O3} $ Molekül. Es hat eine Struktur des Resonanzhybrids von $ \ ce {O = O + -O -} $ und seinem Spiegel. Und natürlich hat das Zentralatom den Hybridisierungszustand $ sp ^ 2 $. Eine Bindung ist hier eine normale kovalente Bindung und eine andere ist ein Dativ: Ein Elektronenpaar wird mit allen gepaarten Elektronen auf ein freies Orbital des $ \ ce {O} $ -Atoms gespendet. in $ \ ce {H2SO4} $ Molekül zu Bindungen sind einfach kovalent ($ \ ce {S-OH} $ Einsen) und zwei sind Dativ ($ \ ce {S-O} $ Einsen). Meines Wissens nach wird ein allgemeines Konzept der Elektronenpaarung durch quantenchemische Berechnungen und spektrale Experimente für hypervalente Verbindungen von $ \ ce {P} $ und $ \ ce {S} $ bestätigt.

Etwas interessanter Beispiel ist ein $ \ ce {XeF2} $ -Molekül, in dem eine Drei-Atom-Vier-Elektronen-Bindung $ \ ce {F-Xe-F} $ gebildet wird, die als Vernunfthybrid der Struktur $ \ ce {F-Xe + angesehen werden kann \ F -} $ und sein Spiegel $ \ ce {F- \ Xe + -F} $

Natürlich ist dieses Schema noch lange nicht perfekt, da die Realität viel komplizierter ist, aber wenn Sie dies nicht tun Wenn Sie einen Kurs in Quantenchemie belegen möchten, sollte dies ausreichen. Ich empfehle jedoch, nach dem "MO LCAO-Modell" zu suchen: Es ist recht einfach und sehr nützlich. Es wird auch häufig in Büchern und Artikeln über fortgeschrittene Chemie verwendet.

Die Erklärung von Permeakra ist genau richtig, aber ich habe das Ergebnis erst richtig verstanden, als ich die Wikipedia-Seite zu Sulfat besucht habe.

Das zentrale Kennzeichen der Frage und die Verwirrung war, warum eine Zehn-Elektronen-Konfiguration eine sp3-Konfiguration annehmen würde, die ein Oktett reflektiert. Dies war eine Quelle der Verwirrung, die auf Gilbert Lewis zurückgeht, der ursprünglich die folgende Strukturanpassung einer sp3-Hybridisierung (Modell 2) vorschlug:

Linus Pauling tritt ein schlagen vor, dass zwei der d-Orbitale eine Rolle spielen, was darauf hindeutet, dass es eine sp3d2-Hybridisierung geben sollte. Das Problem ergibt sich dann aus der Rolle von Pi-Bindungen und wie sie in die Struktur passen, mit dem Vorschlag, dass sich die besetzten p-Orbitale mit den leeren d-Orbitalen überlappen.

Letztendlich ergibt sich aus rechnerischen Berechnungen, dass der Schwefel tatsächlich geladen ist und nur sehr wenig pi-Charakter vorliegt. Wie in abgeschlossen. Wie relevant sind S = O- und P = O-Doppelbindungen für die Beschreibung der Säuremoleküle H2SO3, H2SO4 bzw. H3PO4? ist Modell 1 mit S = O-Bindungen sogar völlig beschissen Auf diese Weise unterrichten wir Chemie an Hochschulen und Hochschulen.

Ich denke, eine alternative Möglichkeit, diese Frage zu stellen, ist die Hybridisierung von H2SO4?

Eine bessere Möglichkeit, dies zu stellen, könnte sein: "Was ist die Hybridisierung von das Schwefelatom in Schwefelwasserstoff? "

Das Schwefelatom hat eine Bindung mit vier anderen Atomen in diesem Molekül. Da die Elektronen gemäß der Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory (VSEPR) versuchen, so weit wie möglich voneinander entfernt zu bleiben, trennen sich die anderen Atome so weit wie möglich, was zu Bindungen führt, die 109,5 Grad voneinander entfernt sind. Wenn dies eine quadratische planare Anordnung wäre, wären die Bindungen nur 90 Grad voneinander entfernt, was nicht so zufriedenstellend ist, wie es die tetraedrische Anordnung liefern würde.

Wenn die Anzahl der effektiven Paare 4 beträgt, Die Anordnung ist tetraedrisch, und daher beträgt die erforderliche Hybridisierung $ sp ^ 3 $

Quelle: Zumdahl, Zumdahl, Chemie: Ein erster Ansatz für Atome

ISBN-13: 978-0840065322

Dies beantwortet sicherlich die Frage, aber warum?

Es hat mit Molekülorbitalen zu tun und wie sie nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen enthalten, und sie ziehen es vor, sich gleichmäßig auszubreiten, weil in der Quantenwelt Elektronen dazu neigen, den niedrigstmöglichen Energiezustand zu bevorzugen. Sobald die Sigma-Bindung besetzt ist, die das erste Orbital ist, das als s-Orbital bezeichnet wird, besetzen die Elektronen die p-Orbitale, und wenn Elektronen durch diese Orbitale geteilt werden, werden sie pi-Bindungen genannt. Sie bilden tatsächlich ein ganz neues Orbital. ein Molekülorbital, das den Austausch von Elektronen zwischen zwei Atomen ermöglicht. Ich möchte Sie auf diese Website verweisen, um Ihnen visuell zu zeigen, was gerade passiert.

Letztendlich gibt es keine Möglichkeit, die Struktur eines bestimmten Moleküls vorherzusagen. Ja, mit Erfahrung kann man in vielen Fällen richtig raten, aber nicht in allen.

Das alles funktioniert, indem man zuerst die Struktur findet und dann zweitens Erarbeiten Sie das Bindungsschema, das diese Struktur ergibt. Im Prinzip kann man eine quantenmechanische ab initio -Berechnung durchführen, aber das ist für Moleküle mit einer angemessenen Anzahl von Elektronen wie $ \ ce {(NH3) 2SO4} $ nicht wirklich praktisch. Daher wird meistens ein Approximationsverfahren verwendet.

Es gibt zwei einfache Approximationen. Eines sind Molekülorbitale, das andere ist die LCAO-Näherung (lineare Kombination von Atomorbitalen). Sie beschreiben dasselbe, verwenden jedoch eine andere Sprache. Die Wahl der Verwendung liegt bei der Person, die die Antwort wünscht.

Versuchen Sie als Beispiel für all dies, die Bindung und Struktur von $ \ ce {H3PO4} $ vorherzusagen, ohne die Antwort zu kennen.

Schwefel hat vier $ sp ^ 3 $ -Orbitale (vier $ \ sigma $ -Bindungen) mit Sauerstoff und zwei $ \ pi $ -Bindungen ($ d $ -Orbitale). Im Fall von $ \ ce {SO4 ^ {2 -}} $ ion, auch Schwefel hat auch vier $ sp ^ 3 $ -Orbitale und vier $ \ pi $ -Bindungen mit $ d $ -Orbitalen. Das Elektron aus Wasserstoff bewegt sich zu den Schwefel-d-Orbitalen