¿La hibridación solo ocurre cuando es necesaria o siempre existe?

Esta es una gran pregunta, que plantea un punto que no siempre se explica muy bien:
Los orbitales utilizados para describir las distribuciones de electrones en la mecánica cuántica son representaciones puramente matemáticas. Jugar con las matemáticas no cambia la ubicación física de los electrones.

Supongamos que le digo a una sala de conferencias llena de estudiantes de química que estoy organizando un evento especial como regalo y quiero que asistan tantos estudiantes como sea posible. Les pido que levanten la mano si están interesados.

• Mi primera sugerencia es una muestra privada de una comedia romántica, en la pantalla grande en la sala de conferencias. Algunos estudiantes, la mayoría mujeres, levantan la mano.
• A continuación, intento sugerir una charla sobre las estadísticas del sistema de la liga de fútbol. Los fanáticos del deporte en el pasillo levantan la mano.
• ¿Qué tal transmitir en vivo una ópera desde la sala de conciertos local? Otro nicho de interés, y algunas manos suben.
• ¿Cerveza gratis al final del curso de conferencia? Ahora, ese es más popular …

He encontrado cuatro formas diferentes de dividir la clase en dos grupos: interesados ​​y sin interés. Podría, por supuesto, seguir y encontrar muchos otros.

Ahora … cuando entré en la sala de conferencias, ¿existían esos grupos de interés especial en la clase? ¿Podría haber dibujado líneas y separarlas? Pues sí y no. En la clase de química, un fanático de los deportes y un fanático de la ópera se comportan exactamente de la misma manera. La única forma de separarlos sería preguntarles sobre sus intereses, como hice yo.

La unión química funciona de manera similar. Sin embargo, en lugar de intereses, los electrones ‘eligen’ participar o no basándose en la simetría. Esa porción de la distribución de electrones que tiene la simetría correcta para interactuar con el otro átomo, lo hace. Esa parte de la distribución de electrones que tiene una simetría incorrecta no interactúa, o más exactamente, sus interacciones se anulan. La hibridación es una forma matemática conveniente de representar estas interacciones, pero los orbitales híbridos no “existen” de ninguna manera significativa.

Gracias por el A2A.

La estructura orbital existe para permitir que los electrones estén en los niveles de energía más bajos. Se maximiza la atracción hacia los núcleos y se minimiza la repulsión de los electrones y se siguen las diversas reglas de la mecánica cuántica, como el principio de exclusión de Pauli. Si ciertos orbitales atómicos tienen niveles de energía cercanos y se perturban para convertirse en orbitales moleculares, los orbitales moleculares resultantes pueden adquirir características de los orbitales atómicos; hacemos todo lo posible para describirlos como orbitales “híbridos”. Veamos el eteno; la molécula es plana con ángulos de enlace de aproximadamente 120 grados. Esta geometría se describe mejor teniendo 3 orbitales sp2 y un orbital p en cada carbono. Ahora observe el aleno H2C = C = CH2. Los carbonos finales se hibridan sp2 y el carbono central se hibrida sp con 2 orbitales p perpendiculares. Una consecuencia de esto es que los 2 grupos CH2 se rotan 90 grados entre sí. Así es la geometría real de los alenos.

Creo que esta es una muy buena pregunta, y probablemente una que no tiene una respuesta simple. Algunos otros buenos comentarios aquí.

El mundo cuántico no es puro ni simple. Mi aceptación de estas estructuras se produjo cuando un profesor (en respuesta a mi pregunta) dijo que las formas que se muestran están relacionadas con la raíz cuadrada de una probabilidad. Por lo tanto, me di cuenta de que deberíamos estar mirando una trama de 4 dimensiones, y encajó en su lugar. (Esto podría no ayudar a algunas personas).

Entonces, mi imagen simple.

Los electrones tienen una pequeña probabilidad de estar en casi cualquier lugar, pero para el átomo aislado, principalmente en los orbitales (que no son órbitas, sino áreas del espacio tridimensional en las que la probabilidad varía, lo que da la necesidad de al menos una dimensión más para dar el valor)

La presencia de un campo eléctrico y de probabilidad de otro átomo cambia la probabilidad de los electrones en el átomo original. Podemos describir esto de una manera matemática (relativamente) simple combinando las descripciones matemáticas de nuestros orbitales individuales para formar lo que llamamos híbridos. El efecto general es que se puede pensar que los dos átomos comparten electrones que dan enlaces.

Los orbitales, híbridos y enlaces son, por supuesto, una abreviatura simple para los componentes de un sistema muy activo. Como sabemos, los átomos no están fijos en su posición, sino que se mueven u oscilan (vibraciones de enlace, espectroscopía infrarroja) y los electrones pueden moverse a diferentes estados de energía dentro del sistema (espectroscopía UV). A medida que interactúan con otras moléculas y fotones, obtenemos química.

La hibridación no existe, es solo un método matemático para describir lo que sucede cuando dos o más átomos se unen. Las funciones orbitales atómicas describen cómo se comporta un electrón en un átomo dada su energía, cuando otro átomo ingresa al sistema, el comportamiento de los electrones cambiará, sin embargo, todavía estará muy cerca de lo que se mostrará en el átomo aislado. Para un número principal dado, la diferencia de energía de los diversos tipos de orbitales es mucho menor que la perturbación producida por el átomo vecino. Es solo una ligera variante en la combinación lineal de orbitales atómicos. Al hacer el cálculo, la hibridación no se usa ya que no es necesaria.

Impresionante pregunta. La hibridación es un modelo. Si quieres entrar en el meollo del asunto, tendrás que lidiar con la deslocalización de electrones y las ecuaciones cuánticas. Los orbitales híbridos son distribuciones de probabilidad para electrones. Las distribuciones determinan la ubicación donde los electrones estarán localizados espacialmente para unirse a cada átomo, determinando así la forma más probable para cada molécula. En resumen, la hibridación siempre ocurre. No se trata de una necesidad, sino de una consecuencia de la mecánica cuántica.

Gran pregunta Implica que no estás caminando sonámbulo en tus clases.