A hibridação química é a “mistura” dos orbitais atómicas, cujo conceito foi introduzido pelo químico Pauling, em 1931, para cobrir as imperfeições ligação de valência (TEV). Que imperfeições? São elas: geometrias moleculares e comprimentos de ligação equivalentes em moléculas como o metano (CH 4 ).
De acordo com a VTE, no metano os orbitais atômicos de C formam quatro ligações σ com quatro átomos de H. Os orbitais 2p, com image (imagem inferior) de C, são perpendiculares entre si, portanto os Hs devem ser separados por dos outros em um ângulo de 90º.
Além disso, a orbital 2s (esférica) liga-se a C 1s H orbital a um ângulo de 135 ° em relação aos outros três H. No entanto, experimentalmente encontrados que ângulos na CH 4 são 109,5º e Além disso, os comprimentos dos links C – H são equivalentes.
Para explicar isso, uma combinação dos orbitais atômicos originais para formar quatro orbitais híbridos degenerados (de energia igual) deve ser considerada. A hibridação química entra em jogo aqui. Como são os orbitais híbridos? Depende dos orbitais atômicos que os geram. Eles também exibem uma mistura de suas características eletrônicas.
Hibridização Sp 3
No caso de CH 4 , C é a hibridação sp 3 . A partir dessa abordagem, a geometria molecular é explicada com quatro orbitais sp 3 separados a 109,5º e apontando para os vértices de um tetraedro.
A imagem acima mostra como os orbitais sp 3 (verde) estabelecem um ambiente eletrônico tetraédrico ao redor do átomo (A, que é C para CH 4 ).
Por que 109,5º e não outros ângulos, para “traçar” uma geometria diferente? O motivo é que esse ângulo minimiza as repulsões eletrônicas dos quatro átomos que se ligam a A.
Assim, a molécula de CH 4 pode ser representada como um tetraedro (geometria tetraédrica molecular).
Se, em vez de H, C formar ligações com outros grupos de átomos, qual seria sua hibridação? Enquanto o carbono formar quatro ligações σ (C – A), sua hibridação será sp 3 .
Por conseguinte, pode presumir-se que outros compostos orgânicos, tais como CH 3 OH, CCl 4 , C (CH 3 ) 4 , C 6 H 12 (ciclo-hexano), etc, o carbono tem uma hibridação sp 3 .
Isso é essencial para esboçar estruturas orgânicas, onde carbonos com ligações simples representam pontos de divergência; isto é, a estrutura não permanece em um único plano.
Interpretação
Qual é a interpretação mais simples para esses orbitais híbridos sem abordar os aspectos matemáticos (funções de onda)? Os orbitais sp 3 implicam que eles foram originados por quatro orbitais: um se três p.
Como a combinação desses orbitais atômicos é ideal, os quatro orbitais sp 3 resultantes são idênticos e ocupam orientações diferentes no espaço (como nos orbitais p x , p e yp z ).
O exposto acima se aplica ao restante das possíveis hibridizações: o número de orbitais híbridos formados é o mesmo que o dos orbitais atômicos combinados. Por exemplo, os orbitais híbridos sp 3 d 2 são formados a partir de seis orbitais atômicos: um s, três p e dois d.
Desvios dos ângulos de ligação
Segundo a Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência (RPECV), um par de elétrons livres ocupa mais volume que um átomo ligado. Isso faz com que os elos se afastem, reduzindo a tensão eletrônica e desviando os ângulos de 109,5º:
Por exemplo, na molécula de água, os átomos de H estão ligados aos orbitais sp 3 (em verde) e também aos pares de elétrons não compartilhados “:” ocupam esses orbitais.
As repulsões desses pares de elétrons são geralmente representadas como “dois balões com olhos”, os quais, devido ao seu volume, repelem as duas ligações σ O – H.
Assim, na água, os ângulos de ligação são realmente 105º, em vez dos 109,5º esperados para a geometria tetraédrica.
O que, em seguida, tem a geometria H 2 O? Tem uma geometria angular. Porque Porque enquanto a geometria eletrônica é tetraédrica, dois pares de elétrons não compartilhados a distorcem na geometria molecular angular.
Hibridação Sp 2
Quando um um átomo de orbitais p combina dois s, gera três orbitais híbridos sp 2 ; no entanto, um orbital p permanece inalterado (porque existem três), que é representado como uma barra laranja na imagem acima.
Aqui, os três sp orbital 2 são verdes para destacar sua diferença a partir da barra de laranja: a orbital p “puro”.
Átomo hibridado sp 2 pode ser visto como um chão plano trigonal (o triângulo desenhado com orbitais sp 2 verde), com os seus vértices separados por 120 ° e ângulos perpendiculares a uma haste.
E qual o papel do orbital p puro? O de formar uma ligação dupla (=). Os orbitais sp 2 permite a formação de três ligações σ, enquanto puro p uma orbital π ligação (uma ligação dupla ou tripla ou duas ligações envolvem π).
Por exemplo, para desenhar o grupo carbonila e a estrutura da molécula de formaldeído (H 2 C = O), proceda da seguinte maneira:
O orbitais sp 2 C e S, formam uma ligação σ, enquanto que a sua forma pura, um orbitais títulos π (rectângulo laranja).
Pode-se ver como o restante dos grupos eletrônicos (átomos de H e os pares de elétrons não compartilhados) estão localizados nos outros orbitais sp 2 , separados por 120º.
Hibridação Sp
Um átomo A com hibridação sp é ilustrado na imagem acima. Aqui, um orbital se um orbital p se combinam para causar dois orbitais sp degenerados. No entanto, dois orbitais p puros permanecem inalterados, o que permite A formar duas ligações duplas ou tripla (≡).
Em outras palavras: se em uma estrutura um C encontra o acima (= C = ou C≡C), então sua hibridação é sp. Para outros átomos menos ilustrativos – como metais de transição – a descrição das geometrias eletrônicas e moleculares é complicada porque os orbitais dy ef também são considerados.
Os orbitais híbridos são separados por um ângulo de 180º. Por esse motivo, os átomos ligados estão dispostos em uma geometria molecular linear (BAB). Finalmente, a estrutura do ânion cianeto pode ser vista na imagem abaixo:
Referências
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