Definir:
sp^3

Passo 1

O enunciado pede para definirmos o orbital híbrido sp^3. O conteúdo envolve a teoria de hibridização de orbitais atômicos na Química Quântica (ou Química de Ligação de Valência), em que misturamos orbitais puros para obter novos orbitais equivalentes em energia e forma.

Passo 2

Na hibridização de orbitais, aplicamos o princípio de combinação linear de funções de onda: escolhendo um conjunto de orbitais atômicos puros (no caso, um orbital s e três orbitais p) e formando novas funções de onda híbridas, de modo que elas sejam ortonormais e possuam energia intermediária entre os orbitais originais.

Passo 3

Especificamente, o orbital sp^3 resulta da combinação de um orbital s e dos três orbitais px, py e pz. Uma das quatro funções híbridas obtidas pode ser escrita em forma normalizada como
psisp^3 =12l(psis + psipx + psipy + psipzr)
As outras três têm sinais trocados de modo a apontar para os quatro vértices de um tetraedro.

Passo 4

A combinação acima gera quatro orbitais equivalentes em energia e forma, orientados espacialmente de modo a minimizar repulsões eletrônicas. O ângulo entre quaisquer dois desses orbitais é o ângulo tetraédrico, isto é, aproximadamente 109,5^circ.

Passo 5

Em moléculas como o metano ( CH4), cada orbital sp^3 do carbono sobrepõe-se a um orbital 1s de um átomo de hidrogênio, formando quatro ligações sigma equivalentes e tetraédricas.

Resposta

O orbital sp^3 é um orbital híbrido obtido pela combinação linear ortonormal de um orbital atômico s e três orbitais p, que gera quatro orbitais equivalentes em energia e forma, dispostos em geometria tetraédrica (ângulos de 109,5^circ).

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