Diferença entre a Teoria Orbital Molecular e a Hibridização

o diferença chave entre a teoria orbital molecular e a teoria de hibridação é que a teoria dos orbitais moleculares descreve a formação de orbitais de ligação e anti-ligação, enquanto a teoria de hibridação descreve a formação de orbitais híbridos.

Existem diferentes teorias desenvolvidas para determinar as estruturas eletrônicas e orbitais das moléculas. Teoria de VSEPR, teoria de Lewis, teoria de ligação de valência, teoria de hibridação e teoria orbital molecular são teorias tão importantes. A teoria mais aceitável entre eles é a teoria orbital molecular.

CONTEÚDO

1. Visão geral e principais diferenças
2. O que é a teoria orbital molecular 
3. O que é a teoria da hibridação
4. Comparação Lado a Lado - Teoria Molecular Orbital vs Teoria de Hibridização
5. Resumo

O que é teoria orbital molecular?

A teoria orbital molecular é uma técnica de descrição da estrutura eletrônica de moléculas usando a mecânica quântica. É a maneira mais produtiva de explicar a ligação química em moléculas. Vamos discutir essa teoria em detalhes.

Primeiro, precisamos saber o que são orbitais moleculares. Uma ligação química se forma entre dois átomos quando a força atrativa entre dois núcleos atômicos e os elétrons entre eles excede a repulsão eletrostática entre dois núcleos atômicos. Basicamente, isso significa que as forças atrativas entre dois átomos devem ser maiores que as forças repulsivas entre esses dois átomos. Aqui, os elétrons devem existir em uma região chamada "região de ligação", para formar essa ligação química. Caso contrário, os elétrons estarão na "região anti-ligação", o que ajudará a força repulsiva entre os átomos.

No entanto, se os requisitos forem cumpridos e uma ligação química se formar entre dois átomos, os orbitais correspondentes envolvidos na ligação serão chamados orbitais moleculares. Aqui, podemos começar com dois orbitais de dois átomos e terminar com um orbital (o orbital molecular) que pertence a ambos os átomos.

De acordo com a mecânica quântica, os orbitais atômicos não podem aparecer ou desaparecer como desejamos. Quando os orbitais interagem entre si, eles tendem a mudar de forma de acordo. Mas, de acordo com a mecânica quântica, eles são livres para mudar a forma, mas precisam ter o mesmo número de orbitais. Então precisamos encontrar o orbital ausente. Aqui, a combinação em fase dos dois orbitais atômicos forma o orbital de ligação, enquanto a combinação fora de fase forma o orbital anti-ligação.

Figura 01: Diagrama Molecular Orbital

Os elétrons de ligação ocupam o orbital de ligação, enquanto os elétrons no orbital anti-ligação não participam da formação da ligação. Em vez disso, esses elétrons se opõem ativamente à formação da ligação química. O orbital de ligação possui menor energia potencial do que o orbital anti-ligação. Se considerarmos uma ligação sigma, a denotação da ligação orbital é σ e a órbita anti-ligação é σ *. Podemos usar essa teoria para descrever a estrutura de moléculas complicadas e explicar por que algumas moléculas não existem (ou seja, ele₂) e a ordem de ligação das moléculas. Assim, esta descrição explica brevemente a base da teoria orbital molecular.

O que é a teoria da hibridação?

A teoria da hibridação é uma técnica que usamos para descrever a estrutura orbital de uma molécula. Hibridização é a formação de orbitais híbridos misturando dois ou mais orbitais atômicos. A orientação desses orbitais determina a geometria da molécula. É uma expansão da teoria do vínculo de valência.

Antes da formação dos orbitais atômicos, eles têm energias diferentes, mas após a formação, todos os orbitais têm a mesma energia. Por exemplo, um orbital atômico s e um orbital atômico p podem combinar para formar dois orbitais sp. Os orbitais atômicos s e p têm energias diferentes (energia de s < energy of p). But after the hybridization, it forms two sp orbitals which have the same energy, and this energy lies between the energies of individual s and p atomic orbital energies. Moreover, this sp hybrid orbital has 50% s orbital characteristics and 50% p orbital characteristics.

Figura 02: Ligação entre orbitais híbridos de um átomo de carbono es orbitais de átomos de hidrogênio

A idéia de hibridação entrou em discussão pela primeira vez porque os cientistas observaram que a teoria dos laços de valência falhou em prever corretamente a estrutura de algumas moléculas como o CH₄. Aqui, embora o átomo de carbono tenha apenas dois elétrons não emparelhados, de acordo com sua configuração eletrônica, ele pode formar quatro ligações covalentes. Para formar quatro ligações, deve haver quatro elétrons não emparelhados.

A única maneira de explicar esse fenômeno era pensar que os orbitais s e p do átomo de carbono se fundem para formar novos orbitais chamados orbitais híbridos que têm a mesma energia. Aqui, um s + três p dá 4 sp³ orbitais. Portanto, os elétrons enchem esses orbitais híbridos uniformemente (um elétron por orbital híbrido), obedecendo à regra de Hund. Existem quatro elétrons para a formação de quatro ligações covalentes com quatro átomos de hidrogênio.

Qual é a diferença entre a teoria dos orbitais moleculares e a teoria de hibridação?

A teoria orbital molecular é uma técnica de descrição da estrutura eletrônica de moléculas usando a mecânica quântica. A teoria da hibridação é uma técnica que usamos para descrever a estrutura orbital de uma molécula. Portanto, a principal diferença entre a teoria dos orbitais moleculares e a teoria de hibridação é que a teoria dos orbitais moleculares descreve a formação de orbitais de ligação e anti-ligação, enquanto a teoria de hibridação descreve a formação de orbitais híbridos.

Além disso, de acordo com a teoria orbital molecular, novas formas orbitais da mistura de orbitais atômicos de dois átomos, enquanto na teoria da hibridação, novas formas orbitais formam a mistura de orbitais atômicos do mesmo átomo. Portanto, essa é outra diferença entre teoria orbital molecular e teoria de hibridação.

Resumo - Teoria Orbital Molecular vs Teoria da Hibridização

Tanto a teoria orbital molecular quanto a teoria de hibridação são importantes na determinação da estrutura de uma molécula. A principal diferença entre a teoria dos orbitais moleculares e a teoria de hibridação é que a teoria dos orbitais moleculares descreve a formação de orbitais de ligação e anti-ligação, enquanto a teoria de hibridação descreve a formação de orbitais híbridos.

Referência:

1. "Hibridização". Química LibreTexts, Libretexts, 5 de junho de 2019, disponível aqui.

Cortesia da imagem:

1. “O2MolecularDiagramCR” Por TCReuter - Trabalho próprio (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
2. “Hibridação Ch4” Por K. Aainsqatsi na Wikipedia (Texto original: K. Aainsqatsi) - Trabalho próprio (Texto original: self-made) (Domínio Público) via Commons Wikimedia