La diferència clau entre la teoria dels orbitals moleculars i la teoria de la hibridació és que la teoria dels orbitals moleculars descriu la formació d'orbitals d'enllaç i antienllaç, mentre que la teoria de la hibridació descriu la formació d'orbitals híbrids.
Hi ha diferents teories desenvolupades per determinar les estructures electròniques i orbitals de les molècules. La teoria VSEPR, la teoria de Lewis, la teoria de l'enllaç de valència, la teoria de la hibridació i la teoria dels orbitals moleculars són teories tan importants. La teoria més acceptable entre elles és la teoria dels orbitals moleculars.
Què és la teoria de l'orbital molecular?
La teoria dels orbitals moleculars és una tècnica per descriure l'estructura electrònica de les molècules mitjançant la mecànica quàntica. És la forma més productiva d'explicar l'enllaç químic de les molècules. Parlem d'aquesta teoria en detall.
Primer, hem de saber què són els orbitals moleculars. Un enllaç químic es forma entre dos àtoms quan la força d'atracció neta entre dos nuclis atòmics i els electrons entre ells supera la repulsió electrostàtica entre dos nuclis atòmics. Bàsicament, això vol dir que les forces atractives entre dos àtoms haurien de ser més altes que les forces repulsives entre aquests dos àtoms. Aquí, els electrons han d'existir en una regió anomenada "regió d'unió", per formar aquest enllaç químic. Si no, els electrons estaran a la "regió anti-unió" que ajudarà a la força de repulsió entre els àtoms.
No obstant això, si es compleixen els requisits i es forma un enllaç químic entre dos àtoms, els orbitals corresponents implicats en l'enllaç s'anomenen orbitals moleculars. Aquí, podem començar amb dos orbitals de dos àtoms i acabar amb un orbital (l'orbital molecular) que pertany als dos àtoms.
Segons la mecànica quàntica, els orbitals atòmics no poden aparèixer ni desaparèixer com volem. Quan els orbitals interactuen entre ells, tendeixen a canviar la seva forma en conseqüència. Però segons la mecànica quàntica, són lliures de canviar la forma, però necessiten tenir el mateix nombre d'orbitals. Aleshores hem de trobar l'orbital que f alta. Aquí, la combinació en fase dels dos orbitals atòmics fa que l'orbital d'enllaç, mentre que la combinació fora de fase forma l'orbital antienllaç.
Figura 01: Diagrama orbital molecular
Els electrons d'enllaç ocupen l'orbital d'enllaç mentre que els electrons de l'orbital antienllaç no participen en la formació d'enllaç. Més aviat, aquests electrons s'oposen activament a la formació de l'enllaç químic. L'orbital d'enllaç té menor energia potencial que l'orbital antienllaç. Si considerem un enllaç sigma, la denotació de l'orbital d'enllaç és σ, i l'orbital antienllaç és σ. Podem utilitzar aquesta teoria per descriure l'estructura de molècules complicades per explicar per què algunes molècules no existeixen (és a dir, He2) i l'ordre d'enllaç de les molècules. Per tant, aquesta descripció explica breument la base de la teoria dels orbitals moleculars.
Què és la teoria de la hibridació?
La teoria de la hibridació és una tècnica que fem servir per descriure l'estructura orbital d'una molècula. La hibridació és la formació d'orbitals híbrids mitjançant la barreja de dos o més orbitals atòmics. L'orientació d'aquests orbitals determina la geometria de la molècula. És una expansió de la teoria de l'enllaç de valència.
Abans de la formació dels orbitals atòmics, tenen energies diferents, però després de la formació, tots els orbitals tenen la mateixa energia. Per exemple, un orbital atòmic s i un orbital atòmic p es poden combinar per formar dos orbitals sp. Els orbitals atòmics s i p tenen energies diferents (energia de s < energia de p). Però després de la hibridació, forma dos orbitals sp que tenen la mateixa energia, i aquesta energia es troba entre les energies de les energies orbitals atòmiques s i p individuals. A més, aquest orbital híbrid sp té característiques orbitals del 50% s i característiques orbitals del 50% p.
Figura 02: Enllaç entre els orbitals híbrids d'un àtom de carboni i els orbitals d'àtoms d'hidrogen
La idea de la hibridació va entrar per primera vegada a la discussió perquè els científics van observar que la teoria de l'enllaç de valència no va poder predir correctament l'estructura d'algunes molècules com CH4Aquí, tot i que l'àtom de carboni només té dos electrons no aparellats segons la seva configuració electrònica, pot formar quatre enllaços covalents. Per formar quatre enllaços, hi ha d'haver quatre electrons no aparellats.
L'única manera que podien explicar aquest fenomen era pensar que els orbitals s i p de l'àtom de carboni es fusionen entre ells per formar nous orbitals anomenats orbitals híbrids que tenen la mateixa energia. Aquí, una s + tres p donen 4 orbitals sp3. Per tant, els electrons omplen aquests orbitals híbrids de manera uniforme (un electró per orbital híbrid), obeint la regla de Hund. Després hi ha quatre electrons per a la formació de quatre enllaços covalents amb quatre àtoms d'hidrogen.
Quina diferència hi ha entre la teoria de l'orbital molecular i la teoria de la hibridació?
La teoria dels orbitals moleculars és una tècnica per descriure l'estructura electrònica de les molècules mitjançant la mecànica quàntica. La teoria de la hibridació és una tècnica que fem servir per descriure l'estructura orbital d'una molècula. Per tant, la diferència clau entre la teoria dels orbitals moleculars i la teoria de la hibridació és que la teoria dels orbitals moleculars descriu la formació d'orbitals d'enllaç i antienllaç, mentre que la teoria de la hibridació descriu la formació d'orbitals híbrids.
A més, segons la teoria dels orbitals moleculars, les noves formes orbitals a partir de la barreja d'orbitals atòmics de dos àtoms, mentre que en la teoria de la hibridació, les noves formes orbitals formen la barreja d'orbitals atòmics del mateix àtom. Per tant, aquesta és una altra diferència entre la teoria dels orbitals moleculars i la teoria de la hibridació.
Resum: teoria de l'orbital molecular vs teoria de la hibridació
Tant la teoria dels orbitals moleculars com la teoria de la hibridació són importants per determinar l'estructura d'una molècula. La diferència clau entre la teoria dels orbitals moleculars i la teoria de la hibridació és que la teoria dels orbitals moleculars descriu la formació d'orbitals d'enllaç i antienllaç, mentre que la teoria de la hibridació descriu la formació d'orbitals híbrids.
