Cómo describir y explicar la hibridación en química

Los orbitales son ubicaciones geométricas en las que es probable que se encuentre un electrón. Los diferentes tipos de orbitales tienen diferentes formas. Por ejemplo, un orbital “s” tiene forma esférica, y un orbital “p” tiene forma de campana.

Sin embargo, nuestra comprensión de los orbitales como se describe en la teoría del enlace de valencia no es suficiente para comprender todos los aspectos de una molécula. Por ejemplo, el carbono tiene electrones de valencia en los orbitales 2s, 2px, 2py y 2pz que pueden usarse para la unión de acuerdo con su configuración electrónica, aunque todos sus enlaces en metano (CH4) son equivalentes. Por lo tanto, la teoría de los orbitales híbridos combina esos orbitales syp para crear una nueva función de onda matemática para describir cuatro orbitales híbridos idénticos (orbitales sp3).

Básicamente, la hibridación es la mezcla de orbitales. Un orbital sp3 tiene una parte “s” (la parte de la esfera) y tres partes “p” para darle una forma en algún lugar entre una “s” y un “p orbital”.

Recopilé un video hace un tiempo para ayudarlo a determinar cuál es la hibridación para cualquier átomo en una molécula. Puede ser útil para reconocer y comprender cómo son los diferentes orbitales híbridos.

Como regla general, existen dos “fuerzas” (interdependientes) que determinan el aspecto de una molécula y la fuerza de sus enlaces:

  • la fuerza electrostática (una fuerza verdadera)
  • mecánica cuántica (no es realmente una fuerza en el sentido clásico), que determina, por ejemplo, por qué los átomos están tan felices de tener una capa de valencia completa (o vacía)

Si pudiera aislar un solo átomo de carbono con carga neutra en el espacio, apostaría a que no se hibridaría, aunque no pude encontrar artículos al respecto. (Eso significaría una s orbital simétrica y tres p ‘perpendiculares).

Ahora, si le arrojas 4 átomos de hidrógeno neutros, este carbono (un radical cuádruple) estaría realmente feliz de combinar con ellos. (Es decir, sería energéticamente beneficioso).

Solo hay dos problemas:

  1. No se puede alcanzar el electrón en el orbital del carbono, ya que está protegido por las p circundantes.

  1. El carbono tira más fuerte de los enlaces CH que los hidrógenos, por lo que los “extremos” de la molécula tienen el mismo tipo relativo de carga electrostática (positiva) y quieren estar lo más lejos posible el uno del otro. (Es decir: sin cambiar demasiado la longitud de su enlace energéticamente beneficioso con el átomo de carbono central).

Por estas razones (abrumadoras), la mecánica cuántica de la molécula (metano) se reajusta. Nacen cuatro nuevos orbitales (“híbridos”), centrados en el átomo de carbono. Cada uno de ellos es el promedio ponderado entre un orbital p anterior y un tercio del orbital s anterior. Cada uno de estos orbitales forma un enlace con un hidrógeno. El ángulo entre los enlaces C-H será uniforme y se maximizará a ~ 109.5 °.