Hibridación de orbitales atómicos.
Las primeras reglas de enlace químico que se aprenden surgen de la hipótesis de que los orbitales atómicos de los átomos pesados son exactamente los mismos que los orbitales atómicos del átomo de hidrógeno con un solo electrón. Por lo tanto, las leyes más simples de enlace químico surgen cuando las fuerzas entre electrones en el mismo átomo son insignificantes.
La realidad es que los electrones dentro del mismo átomo interactúan entre sí. Interactúan a través de campos eléctricos (repulsión), campos magnéticos orbitales y campos magnéticos giratorios. Entonces cada orbital en un átomo con más de un electrón es diferente de los orbitales en un átomo con un electrón.
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Debido a toda esta interacción, los orbitales en un átomo real son múltiples de los orbitales en un solo átomo de electrones. Entonces, las leyes simples que aprendiste pueden tener excepciones sin violar la mecánica cuántica.
Me referiré a los orbitales de un solo átomo de electrones como orbitales hidrogénicos. Los orbitales de un átomo real son combinaciones lineales de los orbitales hidrogénicos.
Las interacciones entre electrones a veces fuerzan una degeneración entre electrones en diferentes orbitales hidrogénicos. El resultado es un orbital híbrido.
Considere el átomo de carbono con solo orbitales hidrogénicos. Un átomo de carbono puede tener dos electrones 1s, dos electrones 2s y dos electrones 2 p. Como los dos electrones 2p no están emparejados, el átomo de carbono solo puede tener dos enlaces químicos. El ejemplo más obvio de esto es el monóxido de carbono. Hay un doble enlace entre el carbono y el oxígeno. Obviamente, el monóxido de carbono debe ser el único óxido de carbono.
Compuestos como el metano y el dióxido de carbono son imposibles. Además, el dióxido de carbono no debería ser una molécula lineal ya que los orbitales 2p están en ángulo recto entre sí. Entonces, conociendo las reglas para los orbitales hidrógenos, el dióxido de carbono debería ser una molécula doblada en ángulo recto. ¿Derecho?-)
Las interacciones entre los electrones 2s y 2p hacen que el orbital se combine en cuatro orbitales híbridos etiquetados como 2sp. Los electrones en los orbitales 2sp son idénticos. Entonces el carbono tiende a formar CUATRO enlaces químicos. Además, estos orbitales están en ángulos tetraédricos entre sí.
Por lo tanto, la valencia más común que muestra un átomo de carbono es cuatro. El metano (CH4) es un átomo tetraédrico. Además, el dióxido de carbono sigue siendo una molécula doblada. Rigth? -)
Por supuesto, todavía hay más confusiones causadas por las interacciones de electrones en DIFERENTES átomos. Esto hace que los orbitales hidrogénicos e híbridos formen orbitales moleculares (sigma y pi). Este tipo de interacción hace que el dióxido de carbono forme una molécula lineal.
Entonces, los orbitales hidrogénicos proporcionan reglas suficientes para describir lo que a veces sucede. La química real es más complicada que el hidrógeno. Muchas de las partes más complicadas de la química se encontraron empíricamente (conjeturas cuánticas). Estas reglas se derivaron de la mecánica cuántica solo más tarde.
No sé de antemano cómo funciona con oxígeno y azufre. Sospecho que esto también es causado por un híbrido de orbitales syp.
