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 apareamiento de electrones para formar enlaces químicos en el enlace de valencia. teoría . Por ejemplo, en un átomo de carbono que forma cuatro enlaces simples cosechadoras orbitales la capa de valencia s con tres orbitales p capa de valencia para formar cuatro equivalentes sp 3 mezclas que están dispuestos en un tetraédrica disposición alrededor del enlace carbono a cuatro átomos diferentes. Los orbitales híbridos son útiles en la explicación degeometría molecular y propiedades de enlace atómico y están dispuestos 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 ) utilizando orbitales atómicos . [2] Pauling señaló que un átomo de carbono forma cuatro enlaces usando un orbital sy tres orbitales p, de modo que "podría inferirse" que un átomo de carbono formaría tres enlaces en ángulos rectos (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 posteriormente de manera más amplia y hoy en día se considera una heurística eficaz para racionalizar las estructuras de los compuestos orgánicos . Proporciona una imagen orbital simple equivalente a las estructuras de Lewis .
La teoría de la hibridación es una parte integral de la química orgánica , siendo uno de los ejemplos más convincentes las reglas de Baldwin . Para dibujar los 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 la unión en alquenos [6] y metano. [7] La cantidad de carácter p o 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 la hibridación simple, esta aproximación se basa en orbitales atómicos , similares a los obtenidos para el átomo de hidrógeno, único átomo neutro para el que se puede resolver con exactitud la ecuación de Schrödinger . En los 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 en estado excitado del hidrógeno.
Se supone que los orbitales híbridos son mezclas de orbitales atómicos, superpuestos entre sí en diversas 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 (leído como 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 (denotada 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 coordinado tetraédricamente (por ejemplo, metano CH 4 ), el carbono debe tener 4 orbitales con la simetría correcta para unirse a los 4 átomos de hidrógeno.
