L' hybridation chimique est le «mélange» des orbitales atomiques, dont le concept a été introduit par le chimiste Linus Pauling en 1931 pour couvrir les imperfections de la théorie de la liaison de valence (TEV). Quelles imperfections? Ce sont: les géométries moléculaires et les longueurs de liaison équivalentes dans des molécules comme le méthane (CH 4).
Selon TEV, dans le méthane, les orbitales atomiques C forment quatre liaisons σ avec quatre atomes H. Les orbitales 2p, avec des formes formas (image du bas) de C sont perpendiculaires l'une à l'autre, donc le H devrait être de quelques des autres à un angle de 90 °.
De plus, l'orbitale 2s (sphérique) de C se lie à l'orbitale 1s de H à un angle de 135 ° par rapport aux trois autres H. Cependant, expérimentalement, il a été constaté que les angles dans CH 4 sont de 109,5 ° et que De plus, les longueurs des liaisons C - H sont équivalentes.
Pour expliquer cela, une combinaison des orbitales atomiques d'origine doit être considérée comme formant quatre orbitales hybrides dégénérées (d'énergie égale). Ici, l'hybridation chimique entre en jeu. À quoi ressemblent les orbitales hybrides? Cela dépend des orbitales atomiques qui les génèrent. En outre, ils présentent un mélange de leurs caractéristiques électroniques.
Hybridation Sp
Pour le cas du CH 4, l'hybridation de C est sp 3. A partir de cette approche, la géométrie moléculaire est expliquée avec quatre orbitales sp 3 séparées à 109,5 ° et pointant vers les sommets d'un tétraèdre.
Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir comment les orbitales sp 3 (vertes) établissent un environnement électronique tétraédrique autour de l'atome (A, qui est C pour CH 4).
Pourquoi 109,5 ° et pas d'autres angles, pour «dessiner» une géométrie différente? La raison en est que cet angle minimise les répulsions électroniques des quatre atomes qui se lient à A.
Ainsi, la molécule CH 4 peut être représentée sous la forme d'un tétraèdre (géométrie moléculaire tétraédrique).
Si, au lieu de H, C formaient des liaisons avec d'autres groupes d'atomes, quelle serait alors leur hybridation? Tant que le carbone forme quatre liaisons σ (C - A), leur hybridation sera sp 3.
On peut par conséquent supposer que dans d'autres composés organiques comme CH 3 OH, CCl 4, C (CH 3) 4, C 6 H 12 (cyclohexane), etc., le carbone présente une hybridation sp 3.
Ceci est essentiel pour dessiner des structures organiques, où les carbones à liaison simple représentent des points de divergence; c'est-à-dire que la structure ne reste pas dans un seul plan.
Interprétation
Quelle est l'interprétation la plus simple de ces orbitales hybrides sans aborder les aspects mathématiques (les fonctions d'onde)? Les orbitales sp 3 impliquent qu'elles ont été créées par quatre orbitales: une s et trois p.
Étant donné que la combinaison de ces orbitales atomiques est supposé être idéal, les résultantes quatre sp 3 orbitales sont identiques et occupent des orientations différentes dans l' espace (par exemple dans les p x, p, et p z orbitales).
Ce qui précède est applicable pour le reste des hybridations possibles: le nombre d'orbitales hybrides qui est formé est le même que celui des orbitales atomiques qui sont combinées. Par exemple, les orbitales hybrides sp 3 d 2 sont formées de six orbitales atomiques: une s, trois p et deux d.
Écarts d'angle de liaison
Selon la théorie de la répulsion des paires électroniques de la coque de Valence (RPECV), une paire d'électrons libres occupe plus de volume qu'un atome lié. Cela provoque l'écartement des liaisons, réduisant la tension électronique et déviant les angles de 109,5 °:
Par exemple, dans la molécule d'eau, les atomes H sont liés aux orbitales sp 3 (en vert), et de même les paires d'électrons non partagées ":" occupent ces orbitales.
Les répulsions de ces paires d'électrons sont généralement représentées comme «deux globes avec des yeux», qui, de par leur volume, repoussent les deux liaisons σ O - H.
Ainsi, dans l'eau, les angles de liaison sont en fait de 105 °, au lieu des 109,5 ° attendus pour la géométrie tétraédrique.
Quelle géométrie a alors H 2 O? Il a une géométrie angulaire. Parce que? Parce que bien que la géométrie électronique soit tétraédrique, deux paires d'électrons non partagés la déforment en une géométrie moléculaire angulaire.
Hybridation Sp
Lorsqu'un atome combine deux orbitales p et une orbitale s, il génère trois orbitales hybrides sp 2; cependant, une orbitale p reste inchangée (car il y en a trois), qui est représentée par une barre orange dans l'image supérieure.
Ici, les trois orbitales sp 2 sont colorées en vert pour souligner leur différence par rapport à la barre orange: l'orbitale p «pure».
Un atome avec hybridation sp 2 peut être visualisé comme un plancher trigonal plat (le triangle dessiné avec les orbitales sp 2 colorées en vert), avec ses sommets séparés par des angles de 120 ° et perpendiculaires à une barre.
Et quel rôle joue l'orbite p pure? Celui de former une double liaison (=). Les orbitales sp 2 permettent la formation de trois liaisons σ, tandis que la pure p orbitale une liaison π (une double ou triple liaison implique une ou deux liaisons π).
Par exemple, pour dessiner le groupe carbonyle et la structure de la molécule de formaldéhyde (H 2 C = O), procédez comme suit:
Les orbitales sp 2 de C et O forment une liaison σ, tandis que leurs orbitales pures forment une liaison π (le rectangle orange).
On peut voir comment le reste des groupes électroniques (les atomes H et les paires d'électrons non partagés) sont situés dans les autres orbitales sp 2, séparées de 120 °.
Hybridation Sp
Dans l'image supérieure, un atome A avec hybridation sp est illustré. Ici, une orbitale s et une orbitale p se combinent pour former deux orbitales sp dégénérées. Cependant, maintenant deux orbitales p pures restent inchangées, ce qui permet à A de former deux doubles liaisons ou une triple liaison (≡).
En d'autres termes: si dans une structure un C est conforme à ce qui précède (= C = ou C≡C), alors son hybridation est sp. Pour d'autres atomes moins illustratifs - tels que les métaux de transition - la description des géométries électroniques et moléculaires est compliquée car les orbitales d et passant par f sont également prises en compte.
Les orbitales hybrides sont séparées à un angle de 180 °. Pour cette raison, les atomes liés sont disposés selon une géométrie moléculaire linéaire (BAB). Enfin, dans l'image ci-dessous, la structure de l'anion cyanure peut être vue:
Références
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