La hibridació química és la "barreja" dels orbitals atòmics, el concepte va ser introduït pel químic Linus Pauling en 1931 per cobrir les imperfeccions de la Teoria de l'Enllaç de València (TEV). Quins imperfeccions? Aquestes són: les geometries moleculars i les longituds d'enllaços equivalents en molècules com el metà (CH 4).
Segons la TEV, en el metà dels orbitals atòmics de l'C formen quatre enllaços σ amb quatre àtoms d'H Els orbitals 2p, amb formes de ∞ (imatge inferior) de l'C són perpendiculars entre si, de manera que els H haurien d'estar apartats uns d'altres en un angle de 90º.
Addicionalment, l'orbital 2s (esfèric) de l'C s'enllaça a l'orbital 1s de l'H en un angle de 135º respecte als altres tres H. No obstant això, experimentalment s'ha trobat que els angles en el CH 4 són de 109,5º i que, a més, les longituds dels enllaços C-H són equivalents.
Per explicar això s'ha de considerar una combinació dels orbitals atòmics originals per formar quatre orbitales híbrids degenerats (d'igual energia). Aquí entra en joc la hibridació química. Com són els orbitals híbrids? Depèn dels orbitals atòmics que els generen. Així mateix, exhibeixen una barreja de les característiques electròniques d'aquests.
hibridació sp
Per al cas de l'CH 4, la hibridació de el C és sp 3. Des d'aquest enfocament, la geometria molecular queda explicada amb quatre orbitals sp 3 separats a 109,5º i apuntant cap als vèrtexs d'un tetraedre.
A la imatge superior es pot apreciar com els orbitals sp 3 (de color verd) estableixen un entorn electrònic tetraèdric al voltant de l'àtom (A, el qual és C pel CH 4).
Per què 109,5º i no altres angles, per així "traçar" una geometria diferent? La raó es deu al fet que aquest angle disminueix a l'mínim les repulsions electròniques dels quatre àtoms que s'enllacen a A.
D'aquesta manera, la molècula de CH 4 pot representar-se com un tetraedre (geometria molecular tetraèdrica).
Si, en lloc de l'H, el C formés enllaços amb altres grups d'àtoms, quin seria llavors la seva hibridació? Sempre que el carboni formi 4 enllaços σ (C-A), el seu hibridació serà sp 3.
Es pot suposar en conseqüència que en altres compostos orgànics com CH 3 OH, CCl 4, C (CH 3) 4, C 6 H 12 (ciclohexà), etc., el carboni té una hibridació sp 3.
Això és fonamental per a esbossar estructures orgàniques, on els carbonis amb enllaços simples representen punts de divergència; és a dir, l'estructura no roman en un sol pla.
interpretació
Quina és la interpretació més simple per a aquests orbitals híbrids sense abordar els aspectes matemàtics (les funcions d'ona)? Els orbitals sp 3 impliquen que van ser originats per quatre orbitals: un es i 3 pàg.
A causa de que la combinació d'aquests orbitals atòmics se suposa que és ideal, els quatre orbitals sp 3 resultants són idèntics i ocupen orientacions diferents en l'espai (com ara en els orbitals p x, p i p z).
L'anterior és aplicable per a la resta de les hibridacions possibles: el nombre dels orbitals híbrids que es forma és el mateix que el dels orbitals atòmics que es combinen. Per exemple, els orbitals híbrids sp 3 d 2 es formen a partir de sis orbitals atòmics: 1 s, 3 p i 2 d.
Desviacions dels angles d'enllaços
D'acord amb la Teoria de Repulsió dels Parells Electrònics de la Capa de València (RPECV), un parell d'electrons lliures ocupa més volum que un àtom enllaçat. Això ocasiona que els enllaços s'apartin, disminuint la tensió electrònica i desviant els angles dels 109,5º:
Per exemple, en la molècula d'aigua els àtoms d'H estan enllaçats als orbitals sp 3 (en verd), i així mateix els parells d'electrons no compartits ":" ocupen aquests orbitals.
Les repulsions d'aquests parells d'electrons sol representar-se com "dos globus amb ulls", els quals, per la seva volum, repel·leixen als dos enllaços σ O-H.
Així, en l'aigua els angles d'enllaços són realment 105º, en lloc dels 109,5º esperats per la geometria tetraèdrica.
Què geometria té llavors l'H 2 O? Té una geometria angular. Per què? Perquè si bé la geometria electrònica és tetraèdrica, dos parells d'electrons no compartits la desvirtuen a una geometria molecular angular.
hibridació sp
Quan un àtom combina dos orbitals p i un s, genera tres orbitals híbrids sp 2; però, roman inalterat un orbital p (perquè són tres), el qual es representa com una barra taronja a la imatge superior.
Aquí, els tres orbitals sp 2 estan de color verd per ressaltar la seva diferència de la barra taronja: l'orbital p "pur".
Un àtom amb hibridació sp 2 pot visualitzar com un pis pla trigonal (el triangle dibuixat amb els orbitals sp 2 de color verd), amb els seus vèrtexs separats per angles de 120º i perpendicular a una barra.
¿I quin paper té l'orbital p pur? El de formar un enllaç doble (=). Els orbitals sp 2 permeten la formació de tres enllaços σ, mentre que l'orbital p pur un enllaç π (un doble o triple enllaç impliquen un o dos enllaços π).
Per exemple, per dibuixar el grup carbonil i l'estructura de la molècula de formaldehid (H 2 C = O), es prossegueix de la següent forma:
Els orbitals sp 2 tant de l'C com de l'O formen un enllaç σ, mentre que els seus orbitals purs formen un enllaç π (el rectangle taronja).
Pot notar-se com la resta dels grups electrònics (àtoms d'H i els parells d'electrons no compartits) se situa en els altres orbitals sp 2, separats per 120 º.
hibridació sp
A la imatge superior es il·lustra un àtom A amb hibridació sp. Aquí, un orbital si un orbital p es combinen per originar dos orbitals sp degenerats. No obstant això, ara queden inalterats dos orbitals p purs, els quals li permeten a A formar dues dobles enllaços o un triple enllaç (≡).
En altres paraules: si en una estructura una C compleix amb l'anterior (= C = o C≡C), llavors la seva hibridació és sp. Per a altres àtoms menys il·lustratius -com els metalls de transició- la descripció de les geometries electròniques i moleculars es complica perquè també es consideren els orbitals d i fins als f.
Els orbitals híbrids estan separats en un angle de 180 º. Per aquesta raó els àtoms enllaçats es disposen en una geometria molecular lineal (BAB). Finalment, en la imatge inferior pot apreciar l'estructura de l'anió cianur:
referències
- Sven. (03 de juny de 2006). Sp-Orbitals.. Recuperat el 24 de maig de 2018, de: commons.wikimedia.org
- Richard C. Banks. (Maig de 2002). Bonding and Hybridization. Recuperat el 24 de maig de 2018, de: chemistry.boisestate.edu
- James. (2018). A Hybridization Shortcut. Recuperat el 24 de maig de 2018, de: masterorganicchemistry.com
- Dr. Ian Hunt. Department of Chemistry, University of Calgary. sp3 hybridisation. Recuperat el 24 de maig de 2018, de: chem.ucalgary.ca
- Chemical Bonding II: Molecular Geometry and Hybridization of Atomic Orbitals Chapter 10.. Recuperat el 24 de maig de 2018, de: wou.edu
- Quimitube. (2015). Enllaç covalent: Introducció a la hibridació d'orbitals atòmics. Recuperat el 24 de maig de 2018, de: quimitube.com
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició., Pàg. 51). Mc Graw Hill.