Hibridação química

O que é hibridação química?

O Hibridação química É a "mistura" de orbitais atômicos, cujo conceito foi introduzido pelo químico Linus Pauling em 1931 para cobrir as imperfeições da teoria de Link de Valência (TEV). Quais imperfeições? São eles: geometrias moleculares e links equivalentes em moléculas como metano (CH₄).

De acordo com o Tev, em metano, os orbitais atômicos de C formam quatro links σ com quatro átomos de H. Os orbitais 2p, com formas de ∞ (imagem inferior) do C são perpendiculares um ao outro, de modo que o H deve ser removido um do outro em um ângulo de 90º.

Além disso, o 2s (esférico) orbital. No entanto, experimentalmente, verificou -se que os ângulos no CH₄ Eles são 109,5º e isso, além disso, os comprimentos dos links c-h são equivalentes.

Para explicar isso, uma combinação de orbitais atômicos originais deve ser considerada para formar quatro orbitais híbridos degenerados (de igual energia). Aqui a hibridação química entra em jogo. Como são os orbitais híbridos? Depende dos orbitais atômicos que os geram. Eles também exibem uma mistura das características eletrônicas destes.

Sp³

No caso de CH₄, C hibridação é sp³. A partir dessa abordagem, a geometria molecular é explicada com quatro orbitais de SP³ separado a 109,5º e apontando para os vértices de um tetraedro.

Na imagem superior, você pode ver como os orbitais SP³ (verde) estabelecer um ambiente eletrônico tetraédrico ao redor do átomo (a, que é C para CH₄).

Por que 109,5º e não outros ângulos, a fim de "desenhar" uma geometria diferente? O motivo é devido ao fato de que esse ângulo minimiza as repulsões eletrônicas dos quatro átomos que estão ligados a.

Dessa forma, a molécula de Cho₄ Pode ser representado como um tetraedro (geometria molecular tetraédrica).

Se, em vez de H, o C formou links com outros grupos de átomos, qual seria sua hibridação? Desde que o carbono forma quatro links σ (c-a), sua hibridação será SP³.

Pode -se assumir consistentemente que em outros compostos orgânicos, como CH₃Oh, ccl₄, C (cap₃)₄, C₆H₁₂ (Cyclohexan), etc., Carbono tem uma hibridação de SP³.

Isso é essencial para esboçar estruturas orgânicas, onde carbonos com links 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 aspectos matemáticos (funções de onda)? Os orbitais sp³ Eles sugerem que foram originados por quatro orbitais: um s e três p.

Como a combinação desses orbitais atômicos deve ser ideal, os quatro orbitais SP³ resultantes são idênticos e ocupam diferentes orientações no espaço (como nos orbitais p_x, p_e E P_z).

O acima é aplicável para o restante das possíveis hibridações: o número de orbitais híbridos formados é o mesmo que os dos orbitais atômicos que combinam. Por exemplo, Orbital Sp Hítridos³d² Eles são formados a partir de seis orbitais atômicos: um s, três p e dois d.

Desvios dos ângulos de link

De acordo com a teoria da repulsão de pares eletrônicos da camada de Valência (RPECV), um par de elétrons livres ocupa mais volume do que um átomo vinculado. Isso faz com que os links se afastem, diminuindo a tensão eletrônica e desviando os ângulos dos 109,5º:

Por exemplo, na molécula de água, os átomos de H estão ligados aos orbitais sp³ (em verde), e também os pares de elétrons não compartilhados ":" ocupam esses orbitais.

As repulsões desses pares de elétrons geralmente são representadas como "dois balões com olhos", que, devido ao seu volume, repelir os dois links σ o-h.

Assim, na água, os ângulos dos links são realmente 105º, em vez dos 109,5º esperados para a geometria tetraédrica.

O que a geometria faz H então₂QUALQUER? Tem uma geometria angular. Porque? Porque enquanto a geometria eletrônica é tetraédrica, dois pares de elétrons não compartilhados a distorcem a uma geometria molecular angular.

Sp²

Quando um átomo combina dois ou s orbitais, ele gera três orbitais híbridos sp²; No entanto, um p orbital (porque existem três) permanece inalterado, o que é representado como uma barra laranja na imagem superior.

Aqui, os três orbitais sp² Eles são verdes para destacar sua diferença da barra laranja: o orbital p "puro".

Um átomo com hibridação SP² Pode ser visualizado como um piso plano trigonal (o triângulo desenhado com os orbitais SP² verde), com seus vértices separados por ângulos de 120º e perpendiculares a uma barra.

E que papel o orbital puro puro? Para formar uma ligação dupla (=). Os orbitais sp² Eles permitem a formação de três links σ, enquanto a ligação p orbital P π (um link duplo ou triplo envolve um ou dois links π).

Por exemplo, para desenhar o grupo carbonil e a estrutura da molécula de formaldeído (H₂C = o), continua da seguinte forma:

Os orbitais sp² Ambos do C e do O formam um link σ, enquanto seus orbitais puros formam uma ligação π (o retângulo laranja).

Pode -se notar como o restante dos grupos eletrônicos (átomos H e os pares de elétrons não compartilhados) estão localizados nos outros orbitais do SP², separado por 120º.

Sp

Na imagem superior, um átomo é ilustrado com hibridação SP. Aqui, um orbital se e um orbital. No entanto, dois orbitais orbitais puros agora não são alterados, o que lhes permite formar dois links duplos ou um link triplo (≡).

Em outras palavras: se em uma estrutura A C cumpre com o acima (= c = o 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 d e até os F também são considerados.

Os orbitais híbridos são separados em um ângulo de 180º. Por esse motivo, os átomos vinculados são dispostos em uma geometria molecular linear (B-A-B). Finalmente, na imagem inferior, a estrutura do ânion cianeto pode ser vista: