Simulador estructura molecular

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Explique el significado de la existencia de orbitales híbridos en una molécula

Revise las imágenes suministradas por el simulador y describa las diferencias entre los diferentes orbitales híbridos

La visualización de orbitales atómicos Los orbitales híbridos En Valence Teoría Bond, un enlace químico entre dos átomos es el resultado de la superposición directa de dos orbitales atómicos (uno en cada átomo ) . Para un enlace sigma , la superposición es a lo largo de la línea directa entre los dos núcleos . Bueno solapamiento orbital requiere que los orbitales atómicos de cada átomo (los orbitales se solapan para formar el enlace ) estar orientados directamente hacia el otro átomo.

Los s , px , py , pz y orbitales básicos no son satisfactorios por dos razones . En primer lugar, estos orbitales no se dirigen en una dirección particular ; en cambio , tienden a extenderse en todas las direcciones ( o al menos los múltiples direcciones ) . En segundo lugar, en la medida en que los orbitales tienen una orientación ( el px lo largo del eje x , por ejemplo) , la geometría es a menudo incompatible con la geometría molecular. Por ejemplo, en el metano ( CH4) el carbono está en el centro de la molécula y los hidrógenos se encuentran en los puntos de un tetraedro . Cada ángulo de enlace H - C - H es 109.5o . El carbono orbital 2s es esférica y como tal se extiende hacia los cuatro átomos de hidrógeno. El 2px de carbono , 2py , y 2pz se extienden a lo largo de los ejes X, Y, y Z , y como tales forman ángulos de 90º entre sí . Esta geometría no prevé la superposición efectiva con los átomos de hidrógeno

La solución a este problema es crear un nuevo conjunto de orbitales atómicos . Recordemos que la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno es una ecuación diferencial lineal . Cualquier combinación lineal de soluciones a esta ecuación es también una solución . Así, para n = 2 , hay un número infinito de soluciones , no sólo los 2s , 2px , 2py , y 2pz funciones de onda . El átomo de carbono , en el ejemplo anterior , elegirá el conjunto de funciones de onda que minimiza su energía . Para un carbono aislado, los 2s, 2px , 2py , y funciones de onda 2pz son óptimas , pero en la presencia de otros átomos, donde puede ocurrir la unión química , un conjunto alternativo de orbitales puede preferirse

Teoría de valencia Bond maneja esta situación mediante la creación de orbitales híbridos que son combinaciones lineales de las s , px , py, pz orbitales y en la capa de valencia . ( Los orbitales d también se pueden incluir , si es necesario. ) Los orbitales híbridos tienen energías intermedias entre las de los orbitales básicos usados ​​para construirlas. orbitales atómicos básicos no empleadas en la construcción de los orbitales híbridos no son afectadas por el proceso de hibridación

orbital híbrido sp

Considere la molécula de dióxido de carbono . El ángulo de enlace O- C -O en CO2 es 180o ; la molécula es perfectamente lineal . Valence Theory Bond requiere dos orbitales en el átomo de carbono que se puede utilizar para formar enlaces sigma con los dos oxígenos . Un orbital híbrido ofrece solapamiento directo con un orbital de un átomo de oxígeno ; el otro hidruro orbital proporciona solapamiento directo con un orbital en el otro átomo de oxígeno.

Estos dos orbitales híbridos, los orbitales híbridos sp , se construyen a partir de los 2s de carbono y orbitales 2pz . Debido a que se utilizaron dos orbitales atómicos para crear los orbitales híbridos , se forman dos orbitales híbridos . Un híbrido sp orbital está orientado a lo largo del eje z positivo ; el otro está orientado en la dirección opuesta.

El diagrama de energía para el proceso de hibridación se muestra a la derecha . Observe que los PX y PY orbitales no se ven afectados mientras que el S y pz orbitales se han convertido en los dos nuevos orbitales degenerados de energía intermedia

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[pic 1]

sp2 orbital híbrido

Considere el ión carbonato . El ángulo de enlace O- C -O en CO32- es 120o ; la molécula es perfectamente plana. Valence Theory Bond requiere tres orbitales en el átomo de carbono que se puede utilizar para formar enlaces sigma con los tres átomos de oxígeno . Para cada átomo de oxígeno , hay una híbrido sp2 orbital en el oxígeno que proporciona la superposición directa con un orbital en el átomo de oxígeno.

[pic 2]

Estos tres orbitales híbridos, los híbridos sp2 orbitales , se construyen a partir de los 2s carbono, 2pz , y orbitales 2py . Debido a que se utilizaron tres orbitales atómicos para crear los orbitales híbridos , se forman tres orbitales híbridos. Un híbrido sp2 orbital está orientado a lo largo del eje z positivos , uno está orientado 120o a la izquierda , y el otro está orientado 120o a la derecha.

Otros orbital híbrido

Otros conjuntos de orbitales híbridos pueden ser construidos para dar cabida a otras geometrías . La siguiente tabla proporciona una lista de geometrías y conjuntos de orbitales híbridos que tienen esta geometría comunes .

Geometría híbrido Orbitales número de orbitales orbitales atómicos utiliza para formar orbitales híbridos

lineal sp 2 s , pz

trigonal plana sp2 3 s , py, pz

tetraédricos sp 3 4 s , px , py, pz

triangular bipiramidal dsp3 5 s , px , py, pz , dz2

octaédricos d2sp3 6 s , px , py, pz , dz2 , dx2 - y2

cuadrada plana PAN2 4 s , px , py, dx2 - y2

[pic 3]

Los gráficos de densidad de electrones a continuación comparan los orbitales sp , sp2 y sp3 . Observe que estos orbitales son muy similares , en que la mayoría de la orbital está orientado en una dirección particular. A p orbital se distribuye por igual en dos direcciones opuestas (por ejemplo, media en la dirección z positiva y medio en la dirección z negativa). Como la cantidad de p carácter en los aumentos de orbitales híbridos , el orbital híbrido también desarrolla una distribución más simétrica.

[pic 4]

son orbitales híbrido basado en orbitales d sólo es posible para los elementos en la tercera o superior filas , y las estructuras de estos orbitales son más complicadas.

Los orbitales híbridos dsp3 , que en conjunto tienen una geometría bipiramidal trigonal , son algo inusual, ya que no todos los orbitales son idénticos . Los orbitales axiales , que están orientados a lo largo del eje z, son diferentes de los orbitales ecuatorial , que se encuentran en el plano xy.

dsp3 Equitorial híbrido dsp3 orbital híbrido axial d2sp3 orbital orbital híbrido

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