Итак, 1931 г. Лайнус Полинг смотрит на теорию валентных связей, которую Гайтлер и Лондон придумали в 1927 г. в первую очередь для описания химической связи в молекуле водорода. Смотрит Полинг и, вероятно, думает себе: «Теория, конечно, замечательная, даже прекрасная, но для более сложных молекул вряд ли сгодится. Будем допиливать!».
В чем была проблема? Рассмотрим метан СН4. В возбужденном состоянии, когда углерод жаждет образовать связь, у него есть четыре валентных электрона: три на p-орбитали и один – на s-орбитали. Эти s и p орбитали имеют разную «форму» (распределение электронной плотности). Это понятно.
В молекуле метана водороды расположены вокруг углерода вполне конкретным образом. Они образуют вокруг него пирамидку. Углы между связями в ней ровно 109,5°. Внимание вопрос: какого рожна все водороды прицепилсь одинаково?
Ведь по идее три водорода должны встать одинаково, их электроны сошлись с тремя валентными электронами на p-орбитали, а четвертый – как-нибудь иначе, т.к. его валентный электрон связался с валентным электроном углерода с s-орбитали. Проблемка.
Вот и Полинг решил, что-то не сходится. Решил, да и предложил: «А давайте представим, что, когда углерод образует молекулу с четырьмя водородами, то у него вместо трех p-орбиталей и одной s-орбитали как бы образуется четыре одинаковых гибридизованных sp3-орбитали».
Каждая гибридизованная орбиталь – это такая кегля. Четыре вершины кегель направлены в центр молекулы метана к углероду, образуя ту самую пирамидку. Как здорово теперь всё сходится!
Важно отметить, что концепция гибридизации – сугубо абстрактная, математическая. Физически орбитали не «мутируют».
С этим трюком замечательно объясняется геометрия молекулы метана, да и многих других молекул тоже. Коллеги по цеху такой подход оценили и по совокупности достижений в химии выдали Полингу Нобелевскую премию в 1954 г.
Кстати Полинг – один из немногих людей с двумя Нобелевками. В 1962 г. он получил Нобелевскую премию мира за свою работу по сокращению ядерных испытаний.