Explique:
j) Orbitais híbridos;
j) Orbitais híbridos;
Passo 1
O enunciado pede para explicar o conceito de orbitais híbridos, tema que faz parte da Teoria do Orbital Molecular e, mais especificamente, da Teoria de Ligação de Valência. Para isso, vamos precisar lembrar brevemente o que são orbitais atômicos puros e por que é útil “misturá-los” (hibridização) para descrever melhor a geometria e a energia das moléculas.
Passo 2
Na Teoria de Ligação de Valência, cada átomo traz seus orbitais atômicos (como
,
,
,
). Esses orbitais têm formas e energias bem definidas:
é esférico e com maior densidade junto ao núcleo;
são bilobados e orientados em eixos ortogonais.
Porém, em muitas moléculas, as direções de ligação não coincidem com esses eixos. Para maximizar o cruzamento (overlap) entre orbitais de átomos vizinhos e obter ângulos de ligação corretos, faz-se a hibridização, isto é, combinam-se linearmente orbitais puros para gerar novos orbitais (híbridos) com geometria e energia intermediárias.
Porém, em muitas moléculas, as direções de ligação não coincidem com esses eixos. Para maximizar o cruzamento (overlap) entre orbitais de átomos vizinhos e obter ângulos de ligação corretos, faz-se a hibridização, isto é, combinam-se linearmente orbitais puros para gerar novos orbitais (híbridos) com geometria e energia intermediárias.
Passo 3
Matematicamente, um orbital híbrido
é
onde os coeficientes
são escolhidos para dar o número correto de orbitais degenerados com a simetria desejada. Os casos mais comuns são:
1. sp: mistura de um com um
, gerando dois orbitais híbridos colineares
; exemplo em acetileno.
2. sp : mistura de um
com dois
, gerando três orbitais num plano trigonal
; exemplo em etileno.
3. sp : mistura de um
com três
, gerando quatro orbitais tetraédricos
; exemplo em metano.
Por exemplo, em sp temos
1. sp: mistura de um
2. sp
3. sp
Por exemplo, em sp
e outras três combinações análogas, todas degeneradas em energia e orientadas para os vértices de um tetraedro.
Passo 4
A hibridização explica por que, por exemplo, o carbono em
forma quatro ligações idênticas: cada ligação usa um orbital sp
com energia intermediária entre
e
. Em
, cada carbono é sp
, formando três ligações sigma e deixando um orbital
puro para a ligação pi. Em
, cada carbono é sp, formando duas ligações sigma e dois
puros para duas pi.
Resposta
Orbitais híbridos são combinações lineares de orbitais atômicos puros
e
que geram novos orbitais degenerados, com formatos e energias intermediárias, orientados de modo a maximizar o overlap em ângulos compatíveis com a geometria molecular (por exemplo,
em sp,
em sp
e
em sp
).