Przyglądanie się hybrydyzacji

Cząsteczka BeH₂ z orbitalem atomowym mającym kształt hybrydy sp (wiązania pominięto)

    Obserwuję rozmaite dyskusje na temat roli hybrydyzacji w nauczaniu chemii na poziomie szkoły średniej. W sieci jest sporo filmików instruktażowych, o tym jak rozumieć hybrydyzację. Wszystko to zachęciło mnie do zadania sobie pytania, do czego mi jest potrzebna hybrydyzacja na poziomie dydaktyki chemii szkoły wyższej. Po przemyśleniu sprawy, okazało się, że używam pojęcia hybrydyzacji jako skrótu myślowego. Gdy powiem: „Atom węgla opisany za pomocą hybrydyzacji sp³”, mam wtedy na myśli sytuację geometryczną podstawników powiązanych z atomem węgla. Oznacza to w uproszczeniu, że atom węgla znajduje się w geometrycznym środku tetraedru a podstawniki leżą w jego wierzchołkach. To samo z innymi hybrydyzacjami. Gdy natomiast pytam, jak wyjaśnić za pomocą mechaniki kwantowej dlaczego tam waśnie leżą, nie stosuję hybrydyzacji. Stosuję co innego - w najprostszym wypadku stosuję kombinację liniową orbitali atomowych wszystkich atomów, które tworzą cząsteczkę.

    Należy podziwiać geniusz Linusa Paulinga, który wprowadził to określenie niemal 70 lat temu do arsenału teoretycznych pojęć chemii. Później dorobiono ideologię. Dydaktycy na poziomie średnim i wyższym uparcie stosują hybrydyzację i dorobioną ideologię do wyjaśniania geometrii wybranych cząsteczek dając uczniom wrażenie, że oto zagląda się w niesamowity świat mechaniki kwantowej. Pół biedy, gdy idzie o matematykę! Gorsza jest ideologia, która nadaje hybrydyzacji duchową poświatę zjawiska fizycznego!

    Mnie uczono mniej więcej w taki sposób, ale to było dość dawno. Tym niemniej od czasów Paulinga dokonał się jakiś postęp (tak przynajmniej sądzę). Chemicy, który stosują mechanikę kwantową do przewidywania właściwości cząsteczek, mechanizmów reakcji oraz właściwości materiałów, zapewne rzadko korzystają z hybrydyzacji. Może dlatego, że orbitale atomowe aproksymuje się zbiorem funkcji Gaussa? A może dlatego, że częściej do obliczeń używa się funkcji gęstości elektronowych niż „gołych” funkcji falowych (tak jest w teorii funkcjonałów gęstości - DFT). A może dlatego, że wystarczy po prostu liniowa kombinacja orbitali atomowych, ale nie izolowanego atomu, ale wszystkich atomów biorących udział w tworzeniu cząsteczki?

    Powód może być jeszcze bardziej fundamentalny ale i subtelniejszy. Nie używa się hybrydyzacji bo to metoda, która każe wnioskować o kształcie budowli z kształtu cegieł. Owszem można, dlaczego nie, ale czujemy przecież, że nas to zbyt ogranicza we wnioskowaniu.