Hibridizarea carbon implică combinarea a două orbitali pur atomice pentru a forma un nou orbital „hibrid“ molecular cu propriile sale caracteristici. Noțiunea de orbital atomic oferă o explicație mai bună decât conceptul anterior de orbită, pentru a stabili o aproximare a locului unde există o probabilitate mai mare de a găsi un electron în interiorul unui atom.

Cu alte cuvinte, un orbital atomic este reprezentarea mecanicii cuantice pentru a da o idee despre poziția unui electron sau a unei perechi de electroni într-o anumită zonă din atom, unde fiecare orbital este definit în funcție de valorile numerelor sale. cuantic.

Numerele cuantice descriu starea unui sistem (cum ar fi cea a electronului din interiorul atomului) la un moment dat, prin energia aparținând electronului (n), momentul unghiular pe care îl descrie în mișcarea sa (l), momentul magnetic aferent (m) și rotirea electronului în timp ce se deplasează în atomul (atomii).

Acești parametri sunt unici pentru fiecare electron într-un orbital, deci doi electroni nu pot avea exact aceleași valori ale celor patru numere cuantice, iar fiecare orbital poate fi ocupat de cel mult doi electroni.

Ce este hibridizarea carbonului?

Pentru a descrie hibridizarea carbonului, trebuie să se țină cont de faptul că caracteristicile fiecărui orbital (forma, energia, dimensiunea acestuia etc.) depind de configurația electronică pe care o are fiecare atom.

Adică, caracteristicile fiecărui orbital depind de dispunerea electronilor în fiecare „coajă” sau nivel: de la cel mai apropiat la nucleu la cel mai exterior, cunoscută și sub denumirea de cochilie de valență.

Electronii de la nivelul cel mai exterior sunt singurii disponibili pentru a forma o legătură. Prin urmare, atunci când se formează o legătură chimică între doi atomi, se generează suprapunerea sau superpoziția a doi orbitali (unul de la fiecare atom) și aceasta este strâns legată de geometria moleculelor.

Așa cum am menționat anterior, fiecare orbital poate fi umplut cu maximum doi electroni, dar trebuie respectat Principiul Aufbau, cu ajutorul căruia orbitalele sunt umplute în funcție de nivelul lor de energie (de la cel mai mic la cel mai mare), așa cum se arată arată mai jos:

În acest fel, mai întâi nivelul de 1 s este umplut, apoi cele 2 s, urmate de 2 p și așa mai departe, în funcție de câți electroni are atomul sau ionul.

Astfel, hibridizarea este un fenomen corespunzător moleculelor, deoarece fiecare atom poate contribui doar cu orbitale atomice pure (s, p, d, f) și, datorită combinației a două sau mai multor orbitale atomice, aceeași cantitate de orbitale hibride care permit legături între elemente.

Principalele tipuri

Orbitalii atomici au forme și orientări spațiale diferite, crescând în complexitate, așa cum se arată mai jos:

Se observă că există un singur tip de s orbital (formă sferică), trei tipuri de orbital p (formă lobulară, unde fiecare lob este orientat pe o axă spațială), cinci tipuri de d orbital și șapte tipuri de orbital f, unde fiecare tip de orbitalul posedă exact aceeași energie ca și cele de acest fel.

Atomul de carbon din starea sa de sol are șase electroni, a căror configurație este 1 s ² 2 s ² 2 p ^2. Adică ar trebui să ocupe nivelul 1 s (doi electroni), 2 s (doi electroni) și parțial 2p (cei doi electroni rămași) în conformitate cu principiul Aufbau.

Acest lucru înseamnă că atomul de carbon are doar doi electroni neperecheți în orbitalul 2 p, dar nu este posibil să se explice formarea sau geometria moleculei de metan (CH ₄ ) sau a altor mai complexe.

Deci, pentru a forma aceste legături, este necesară hibridizarea orbitalelor s și p (în cazul carbonului), pentru a genera noi orbitale hibride care explică chiar și legăturile duble și triple, în care electronii dobândesc cea mai stabilă configurație pentru formarea moleculelor. .

Hibridizarea sp

Hibridizarea sp ³ constă în formarea a patru orbitali „hibrizi” de la orbitalele 2s, 2p _x , 2p _y și 2p _z .

Astfel, există rearanjarea electronilor la nivelul 2, unde există patru electroni disponibili pentru formarea a patru legături și sunt aranjați în paralel pentru a avea mai puțină energie (stabilitate mai mare).

Un exemplu este molecula de etilenă (C ₂ H ₄ ), ale cărei legături formează unghiuri de 120 ° între atomi și îi conferă o geometrie plană trigonală.

În acest caz, legăturile simple CH și CC (datorate orbitalelor sp ² ) și o legătură dublă CC (datorită orbitalului p) sunt generate pentru a forma molecula cea mai stabilă.

Hibridizarea sp

Prin hibridizarea sp ² , trei orbitali "hibrizi" sunt generați de la orbitalul 2s pur și trei orbitali pur 2p. Mai mult, se obține un orbital p pur care participă la formarea unei legături duble (numite pi: "π").

Un exemplu este molecula de etilenă (C ₂ H ₄ ), ale cărei legături formează unghiuri de 120 ° între atomi și îi conferă o geometrie plană trigonală. În acest caz, legăturile simple CH și CC (datorate orbitalelor sp ² ) și o legătură dublă CC (datorită orbitalului p) sunt generate pentru a forma molecula cea mai stabilă.