¿Son los pares solitarios en equivalente de agua?

Question

Suena como una pregunta tonta, basado en la manera que tenemos de sacar agua, pero supuestamente el agua es $sp^3$ hibridado, así que uno de los pares libres en un $sp^3$ orbital y el otro debe estar en un puro p atómico orbital.

En primer lugar, estoy en lo correcto acerca de los pares libres de no ser equivalentes?

Segundo, si es así, ¿tiene esto alguna importancia en la física real de los sistemas (es decir, es un fenómeno medible), y lo que es el aproximado de la diferencia de energía entre los pares de electrones?

Si resulta que los pares libres son en realidad equivalentes, ¿cómo puede ser reconciliado con el hecho de que el agua se supone que ser $sp^3$ hibrido, ya que esta es la forma en que se explica la geometría de agua?

---

Editar:

Se ha señalado a mí que mi razonamiento era erróneo en que uno de los pares libres de agua no va a estar en un puro p atómico orbital, sino que ambos estarán en $sp^3$ orbitales hibridados. Así, parece que no hay ningún problema, excepto que en hacer algo de investigación, parece que algunas personas creen que los pares libres de agua no son equivalentes. Cualquier explicación sobre esta sería una gran respuesta.

Answer 1

Usted puede comprobar fuera de la calculados orbitales moleculares de agua en el Profesor Zipse (LMU de Munich) de la página. Los alrededores de 'texto' en alemán no necesita de su interés, simplemente haga clic en mo-number a acceder a una imagen de la correspondiente MO.

El menor orbital con la energía más baja es, por supuesto, el oxígeno del core $\mathrm{1s}$-orbital. Lo próximo que tenemos una unión de orbital derivados del oxígeno del $\mathrm{2s}$, una vinculación derivados de oxígeno de la $\mathrm{2p}_x$ y un predominio de unión de uno de los derivados de oxígeno de la $\mathrm{2p}_z$. Usted podría combinar estas tres para dar un casi $\mathrm{sp^2}$ tipo de ambiente alrededor de oxígeno con dos $\mathrm{sp^2}$ de los orbitales implicados en la unión de átomos de hidrógeno y el tercero el de oxígeno de un par solitario. (Sin embargo, tenga en cuenta que $\mathrm{sp^2}$ se asocia típicamente con $120^\circ$, mientras que el agua tiene un ángulo de enlace de $105^\circ$.)

El último orbital es de $\mathrm{2p}_y$ de acuerdo a la forma en que me definido por las coordenadas (diagrama a continuación). Esto es esencialmente π tipo con respecto a la $\ce{O-H}$ bonos, por lo que es nonbonding (hidrógeno no puede bond, en una π manera). Esto representa el segundo par solitario de oxígeno.

Los dos 'lone pares" (recordar que por un MO descripción de todos los orbitales están deslocalizados en toda la molécula) son notablemente diferentes unos de otros, que incluye sus energías. Así llamarlos equivalente en un $\mathrm{sp^3}$ manera está mal. $\mathrm{sp^2}$ es una descripción que se ajuste a las calculan las energías, pero no tan bien con la geometría.