hibridación orbital
En química , la hibridación orbital (o hibridación ) es el concepto de mezclar orbitales atómicos para formar nuevos orbitales híbridos (con diferentes energías, formas, etc., que los orbitales atómicos componentes) adecuados para el emparejamiento de electrones para formar enlaces químicos en enlace de valencia. teoría _ Por ejemplo, en un átomo de carbono que forma cuatro enlaces sencillos, el orbital s de la capa de valencia se combina con tres orbitales p de la capa de valencia para formar cuatro mezclas sp 3 equivalentes que están dispuestas en un arreglo tetraédrico alrededor del carbono para unirse a cuatro átomos diferentes. Los orbitales híbridos son útiles en la explicación degeometría molecular y propiedades de enlace atómico y están dispuestas simétricamente en el espacio. Por lo general, los orbitales híbridos se forman mezclando orbitales atómicos de energías comparables. [1]
El químico Linus Pauling desarrolló por primera vez la teoría de la hibridación en 1931 para explicar la estructura de moléculas simples como el metano (CH 4 ) usando orbitales atómicos . [2] Pauling señaló que un átomo de carbono forma cuatro enlaces usando un orbital s y tres p, por lo que "podría inferirse" que un átomo de carbono formaría tres enlaces en ángulo recto (usando orbitales p) y un cuarto más débil enlace usando el orbital s en alguna dirección arbitraria. En realidad, el metano tiene cuatro enlaces CH de fuerza equivalente. El ángulo entre dos enlaces cualesquiera es el ángulo de enlace tetraédrico de 109°28' [3](aprox. 109,5°). Pauling supuso que, en presencia de cuatro átomos de hidrógeno, los orbitales syp forman cuatro combinaciones equivalentes a las que llamó orbitales híbridos . Cada híbrido se denota sp 3 para indicar su composición y se dirige a lo largo de uno de los cuatro enlaces CH. [4] Este concepto se desarrolló para sistemas químicos tan simples, pero el enfoque se aplicó más tarde y hoy en día se considera una heurística eficaz para racionalizar las estructuras de los compuestos orgánicos . Da una imagen orbital simple equivalente a las estructuras de Lewis .
La teoría de la hibridación es una parte integral de la química orgánica , uno de los ejemplos más convincentes son las reglas de Baldwin . Para dibujar mecanismos de reacción, a veces se necesita una imagen de enlace clásica con dos átomos que comparten dos electrones. [5] La teoría de la hibridación explica los enlaces en los alquenos [6] y el metano. [7] La cantidad de carácter p o carácter s, que se decide principalmente por hibridación orbital, se puede utilizar para predecir de forma fiable propiedades moleculares como la acidez o la basicidad. [8]
Los orbitales son una representación modelo del comportamiento de los electrones dentro de las moléculas. En el caso de hibridación simple, esta aproximación se basa en orbitales atómicos , similares a los obtenidos para el átomo de hidrógeno, el único átomo neutro para el que se puede resolver con exactitud la ecuación de Schrödinger . En átomos más pesados, como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, los orbitales atómicos utilizados son los orbitales 2s y 2p, similares a los orbitales de estado excitado del hidrógeno.
Se supone que los orbitales híbridos son mezclas de orbitales atómicos, superpuestos entre sí en varias proporciones. Por ejemplo, en el metano , el orbital híbrido C que forma cada enlace carbono - hidrógeno consta de un 25% de carácter s y un 75% de carácter p y, por lo tanto, se describe como sp 3 (léase sp-tres ) hibridado. La mecánica cuántica describe este híbrido como una función de onda sp 3 de la forma N(s + √ 3 pσ), donde N es una constante de normalización (aquí 1/2) y pσ es un orbital ap dirigido a lo largo del eje CH para formar un enlace sigma. La relación de coeficientes (indicada como λ en general) es √ 3 en este ejemplo. Dado que la densidad de electrones asociada con un orbital es proporcional al cuadrado de la función de onda, la relación entre el carácter p y el carácter s es λ 2 = 3. El carácter p o el peso del componente p es N 2 λ 2 = 3 /4.
La hibridación describe la unión de átomos desde el punto de vista de un átomo. Para un carbono tetraédricamente coordinado (p. ej., metano CH 4 ), el carbono debe tener 4 orbitales con la simetría correcta para unirse a los 4 átomos de hidrógeno.
