Hibridização Química sp, sp2, sp3

O hibridização química é a "mistura" dos orbitais atômicos, cujo conceito foi introduzido pelo químico Linus Pauling em 1931 para cobrir as imperfeições da Teoria do Elo de Valência (TEV). Quais imperfeições? São elas: as geometrias moleculares e os comprimentos de link equivalentes em moléculas como o metano (CH₄).

De acordo com o TEV, em metano, os orbitais atômicos de C formam quatro ligações σ com quatro átomos de H. Os orbitais 2p com formas de formas (imagem inferior) de C são perpendiculares entre si, portanto os Hs devem ser separados um do outro. de outros em um ângulo de 90º.

Além disso, o orbital 2s (esférico) de C está ligado ao orbital 1s do H em um ângulo de 135º em relação aos outros três H. No entanto, experimentalmente, verificou-se que os ângulos no CH₄ são 109,5º e, além disso, os comprimentos das ligações C-H são equivalentes.

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

Índice

• 1 Hibridização Sp3
  • 1.1 Interpretação
  • 1.2 Desvios dos ângulos dos links
• 2 Hibridização sp2
• 3 Hibridização sp
• 4 referências

Hibridização sp³

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

Na imagem acima você pode ver como os orbitais sp³ (verde) estabelecer um ambiente eletrônico tetraédrico em torno do átomo (A, que é C para o CH₄).

Por que 109,5º e não outros ângulos, para "desenhar" uma geometria diferente? A razão é porque este ângulo minimiza as repulsões eletrônicas dos quatro átomos que estão ligados a A.

Desta forma, a molécula de CH₄ pode ser representado como um tetraedro (geometria molecular tetraédrica).

Se, ao invés de H, C se ligasse a outros grupos de átomos, qual seria então sua hibridação? Enquanto o carbono formar quatro ligações σ (C-A), sua hibridização será³.

Pode-se supor que em outros compostos orgânicos, como CH₃OH, CCl₄, C (CH₃)₄C₆H₁₂ (ciclohexano), etc., o carbono tem uma hibridação sp³.

Isso é fundamental 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 (as funções de onda)? Os orbitais sp³ eles implicam que eles foram originados por quatro orbitais: um se três p.

Porque a combinação destes orbitais atômicos é supostamente ideal, os quatro orbitais sp³ resultantes são idênticos e ocupam diferentes orientações no espaço (como nos orbitais p_xp_e e p_z).

O acima é aplicável para o resto das hibridizações possíveis: o número de orbitais híbridos que é formado é o mesmo que o dos orbitais atômicos combinados. Por exemplo, orbitais híbridos sp³d² eles são formados de seis orbitais atômicos: um s, três pe dois d.

Desvios dos ângulos dos links

Segundo a Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência (VSEPR), um par de elétrons livres ocupa mais volume que um átomo ligado. Isso faz com que os links se afastem, diminuindo a tensão eletrônica e desviando os ângulos de 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 são geralmente representadas como "dois globos com olhos", que, devido ao seu volume, repelem as duas ligações σO-H.

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

Que geometria H tem então?₂O? Tem uma geometria angular. Por quê? Porque, embora a geometria eletrônica seja tetraédrica, dois pares de elétrons não compartilhados a desviam para uma geometria molecular angular.

Hibridização sp²

Quando um átomo combina dois orbitais p e um, gera três sp²; no entanto, um orbital p permanece inalterado (porque são três), 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 "puro".

Um átomo com hibridação sp² pode ser visualizado como um assoalho trigonal plano (o triângulo desenhado com os orbitais sp² verde), com os seus vértices separados por ângulos de 120º e perpendicularmente a uma barra.

E qual o papel do orbital p puro? Isso de formar uma ligação dupla (=). Os orbitais sp² eles permitem a formação de três ligações σ, enquanto a ligação orbital p π pura (uma ligação dupla ou tripla implica uma ou duas ligações π).

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

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

Pode ser visto como o resto dos grupos eletrônicos (átomos de H e pares de elétrons não compartilhados) estão localizados nos outros orbitais sp.², separados por 120º.

Hibridização sp

A imagem superior mostra um átomo A com hibridização sp. Aqui, um orbital s e um orbital p combinam-se para originar dois orbitais sp degenerados. Entretanto, agora dois orbitais p puros permanecem inalterados, o que permite que A forme duas ligações duplas ou uma ligação tripla (≡).

Em outras palavras: se em uma estrutura a C está em conformidade com o acima (= C = ou C≡C), então sua hibridação é sp. Para outros átomos menos ilustrativos - como os metais de transição - a descrição das geometrias eletrônica e molecular é complicada, porque os orbitais d e mesmo os f também são considerados.

Os orbitais híbridos são separados por um ângulo de 180º. Por essa razão, os átomos ligados são dispostos em uma geometria molecular linear (B-A-B). Finalmente, na imagem abaixo você pode ver a estrutura do ânion de cianeto:

Referências

1. Sven. (3 de junho de 2006). Orbitais S-p. [Figura] Retirado em 24 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
2. Richard C. Banks. (Maio de 2002). Ligação e Hibridização. Retirado em 24 de maio de 2018, de: chemistry.boisestate.edu
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4. Dr. Ian Hunt. Departamento de Química da Universidade de Calgary. hibridização sp3. Retirado em 24 de maio de 2018, de: chem.ucalgary.ca
5. Ligação Química II: Geometria Molecular e Hibridização de Orbitais Atômicos Capítulo 10. [PDF]. Retirado em 24 de maio de 2018, de: wou.edu
6. Quimitube (2015). Ligação covalente: Introdução à hibridização de orbitais atômicos. Retirado em 24 de maio de 2018, de: quimitube.com
7. Arrepio e Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição, página 51). Mc Graw Hill.