1.10 : Teoria da ligação de valência e orbitais hibridizados

De acordo com a teoria da ligação de valência, uma ligação covalente ocorre quando: (1) um orbital em um átomo se sobrepõe a um orbital de um segundo átomo e (2) os elétrons individuais em cada orbital se combinam para formar um par de elétrons. A força de uma ligação covalente depende da extensão da sobreposição dos orbitais envolvidos. A sobreposição máxima é possível quando os orbitais se sobrepõem em uma linha direta entre os dois núcleos.

Uma ligação σ (ligação simples em uma estrutura de Lewis) é uma ligação covalente na qual a densidade eletrônica está concentrada na região ao longo do eixo internuclear. Uma ligação π é uma ligação covalente que resulta da sobreposição lado a lado de dois orbitais p. Numa ligação π, as regiões de sobreposição orbital ficam em lados opostos do eixo internuclear, enquanto existe um nó (um plano sem probabilidade de encontrar um elétron) ao longo do eixo. Todas as ligações simples são ligações σ, enquanto as ligações múltiplas consistem em ligações σ e π.

Quando os átomos estão unidos em uma molécula, as funções de onda dos orbitais atômicos podem combinar para produzir novas descrições matemáticas com formatos diferentes. Esse processo é chamado de hibridização e é matematicamente realizado pela combinação linear de orbitais atômicos. Os novos orbitais resultantes são chamados de orbitais híbridos.

As formas e orientações dos orbitais híbridos, que são formados apenas em átomos ligados covalentemente, são diferentes daquelas dos orbitais atômicos em átomos isolados. O número de orbitais híbridos é igual ao número de orbitais atômicos que foram combinados para gerá-los. Todos os orbitais em um conjunto de orbitais híbridos são equivalentes em forma e energia, e sua orientação é prevista pela teoria RPECV. Orbitais híbridos se sobrepõem para formar ligações σ, enquanto orbitais não hibridizados se sobrepõem para formar ligações π.

Por exemplo, no estado excitado do carbono, um orbital 2s e três orbitais 2p sofrem hibridização produzindo quatro orbitais sp³ híbridos degenerados orientados tetraedricamente. Numa molécula de metano, o orbital 1s de cada um dos quatro átomos de hidrogênio sobrepõe-se a um dos quatro orbitais sp³ do átomo de carbono para formar uma ligação sigma (σ).

Da mesma forma, a mistura de um orbital 2s e dois dos orbitais 2p do carbono gera três orbitais híbridos sp² equivalentes com geometria trigonal plana, enquanto a hibridização de um orbital 2s e um dos orbitais 2p cria dois orbitais sp orientados a 180° um do outro. Para átomos que possuem orbitais d em seus subníveis de valência, a hibridização de cinco orbitais atômicos da camada de valência (um s, três p e um dos orbitais d) fornece cinco orbitais híbridos sp³d com geometria trigonal bipiramidal. Um arranjo octaédrico de seis orbitais híbridos é obtido pela mistura de seis orbitais atômicos de camada de valência (um s, três p e dois dos orbitais d), o que produz seis orbitais híbridos sp³d².

Este texto foi adaptado do Openstax, Chemistry 2e, Section 8.1 Valence Bond Theory and Section 8.2 Hybrid Atomic Orbitals.