La diferencia clave entre la teoría de orbitales moleculares y la teoría de hibridación es que la teoría de orbitales moleculares describe la formación de orbitales enlazantes y antienlazantes, mientras que la teoría de hibridación describe la formación de orbitales híbridos.
Existen diferentes teorías desarrolladas para determinar las estructuras electrónicas y orbitales de las moléculas. La teoría VSEPR, la teoría de Lewis, la teoría del enlace de valencia, la teoría de la hibridación y la teoría del orbital molecular son teorías tan importantes. La teoría más aceptable entre ellas es la teoría de los orbitales moleculares.
¿Qué es la teoría de orbitales moleculares?
La teoría de los orbitales moleculares es una técnica para describir la estructura electrónica de las moléculas utilizando la mecánica cuántica. Es la forma más productiva de explicar el enlace químico en las moléculas. Discutamos esta teoría en detalle.
Primero, necesitamos saber qué son los orbitales moleculares. Un enlace químico se forma entre dos átomos cuando la fuerza de atracción neta entre dos núcleos atómicos y los electrones entre ellos excede la repulsión electrostática entre dos núcleos atómicos. Básicamente, esto significa que las fuerzas de atracción entre dos átomos deben ser más altas que las fuerzas de repulsión entre esos dos átomos. Aquí, los electrones deben existir en una región llamada "región de unión", para formar este enlace químico. De lo contrario, los electrones estarán en la "región de antienlace" que ayudará a la fuerza de repulsión entre los átomos.
Sin embargo, si se cumplen los requisitos y se forma un enlace químico entre dos átomos, los orbitales correspondientes involucrados en el enlace se denominan orbitales moleculares. Aquí, podemos comenzar con dos orbitales de dos átomos y terminar con un orbital (el orbital molecular) que pertenece a ambos átomos.
Según la mecánica cuántica, los orbitales atómicos no pueden aparecer o desaparecer como deseamos. Cuando los orbitales interactúan entre sí, tienden a cambiar sus formas en consecuencia. Pero de acuerdo con la mecánica cuántica, son libres de cambiar de forma, pero deben tener el mismo número de orbitales. Entonces necesitamos encontrar el orbital f altante. Aquí, la combinación en fase de los dos orbitales atómicos forma el orbital enlazante, mientras que la combinación fuera de fase forma el orbital antienlazante.
Figura 01: Diagrama de orbitales moleculares
Los electrones enlazantes ocupan el orbital enlazante mientras que los electrones en el orbital antienlazante no participan en la formación del enlace. Más bien, estos electrones se oponen activamente a la formación del enlace químico. El orbital enlazante tiene menor energía potencial que el orbital antienlazante. Si consideramos un enlace sigma, la denotación para el orbital enlazante es σ, y el orbital antienlazante es σ. Podemos usar esta teoría para describir la estructura de moléculas complicadas para explicar por qué algunas moléculas no existen (es decir, He2) y el orden de enlace de las moléculas. Por lo tanto, esta descripción explica brevemente la base de la teoría de los orbitales moleculares.
¿Qué es la teoría de la hibridación?
La teoría de la hibridación es una técnica que utilizamos para describir la estructura orbital de una molécula. La hibridación es la formación de orbitales híbridos al mezclar dos o más orbitales atómicos. La orientación de estos orbitales determina la geometría de la molécula. Es una expansión de la teoría del enlace de valencia.
Antes de la formación de los orbitales atómicos, tienen diferentes energías, pero después de la formación, todos los orbitales tienen la misma energía. Por ejemplo, un orbital atómico s y un orbital atómico p pueden combinarse para formar dos orbitales sp. Los orbitales atómicos s y p tienen energías diferentes (energía de s < energía de p). Pero después de la hibridación, forma dos orbitales sp que tienen la misma energía, y esta energía se encuentra entre las energías de los orbitales atómicos individuales s y p. Además, este orbital híbrido sp tiene un 50 % de características orbitales s y un 50 % de características orbitales p.
Figura 02: Enlace entre orbitales híbridos de un átomo de carbono y orbitales s de átomos de hidrógeno
La idea de la hibridación entró en discusión por primera vez porque los científicos observaron que la teoría del enlace de valencia no podía predecir correctamente la estructura de algunas moléculas como CH4Aquí, aunque el átomo de carbono tiene solo dos electrones desapareados según su configuración electrónica, puede formar cuatro enlaces covalentes. Para formar cuatro enlaces, debe haber cuatro electrones desapareados.
La única forma en que podían explicar este fenómeno era pensar que los orbitales syp del átomo de carbono se fusionan entre sí para formar nuevos orbitales llamados orbitales híbridos que tienen la misma energía. Aquí, uno s + tres p da 4 orbitales sp3. Por lo tanto, los electrones llenan estos orbitales híbridos de manera uniforme (un electrón por orbital híbrido), obedeciendo la regla de Hund. Entonces hay cuatro electrones para la formación de cuatro enlaces covalentes con cuatro átomos de hidrógeno.
¿Cuál es la diferencia entre la teoría de orbitales moleculares y la teoría de hibridación?
La teoría de los orbitales moleculares es una técnica para describir la estructura electrónica de las moléculas utilizando la mecánica cuántica. La teoría de la hibridación es una técnica que utilizamos para describir la estructura orbital de una molécula. Entonces, la diferencia clave entre la teoría de orbitales moleculares y la teoría de hibridación es que la teoría de orbitales moleculares describe la formación de orbitales enlazantes y antienlazantes, mientras que la teoría de hibridación describe la formación de orbitales híbridos.
Además, de acuerdo con la teoría de los orbitales moleculares, las nuevas formas orbitales se forman a partir de la mezcla de orbitales atómicos de dos átomos, mientras que en la teoría de la hibridación, las nuevas formas orbitales forman la mezcla de orbitales atómicos del mismo átomo. Por lo tanto, esta es otra diferencia entre la teoría de orbitales moleculares y la teoría de hibridación.
Resumen: teoría de orbitales moleculares frente a teoría de hibridación
Tanto la teoría de los orbitales moleculares como la teoría de la hibridación son importantes para determinar la estructura de una molécula. La diferencia clave entre la teoría de los orbitales moleculares y la teoría de la hibridación es que la teoría de los orbitales moleculares describe la formación de orbitales enlazantes y antienlazantes, mientras que la teoría de la hibridación describe la formación de orbitales híbridos.
