Hibridação de orbitais atômicos

Hibridização

Abaixo temos as configurações eletrônicas dos elementos: Berílio (Z = 4), boro (Z = 5), e carbono (Z= 6), átomo que no estado gasoso fica isolado.

A partir dessas configurações conclui-se que:

- berílio é um elemento inerte.
- para o boro é possível apenas formar apenas uma ligação com outros átomos.
- para o carbono é possível Formar duas ligações com outro átomo.

Porém, não é possível que ocorra tais possibilidades acima:

- pois o berílio constitui compostos como o BeCl₂.

- o boro constitui composto como o BF₃.

- o carbono constitui milhões de compostos, e esses se ligam a quatro átomos.

Desta forma obteremos o que chamamos de hibridação ou hibridização de orbitais.

Hibridação sp³

A partir dessa observação sabe-se que o átomo de carbono possui quatro valências equivalentes. Denominamos estado fundamental a configuração do átomo de carbono quando se encontra em estado isolado.

Hibridação sp²

Pode ocorrer
- Relação do orbital s com dois orbitais p, da mesma forma que ocorre com o boro. Vejamos alguns exemplos:

- Estado fundamental
A estrutura abaixo revela que o boro é monovalente.

- Estado ativado

- Estado hibridizado

Hibridação sp
A relação entre um orbital s e um orbital p, onde os dois orbitais possuem o mesmo formato, que é semelhante a um queijo provolone, estando na mesma reta, portanto conclui-se que eles são iguais.

Por exemplo:

Segundo o estado fundamental não é possível que o berílio faça ligações. Vejamos:

Analisando a figura acima, é possível perceber que os três orbitais híbridos sp2 são idênticos, eles possuem a mesma forma, estão no mesmo plano, e os eixos estão a 120º entre eles mesmos.

Em uma perpendicular do plano do triângulo encontramos o orbital pz. Possuem o um formato triangular e plano as moléculas da espécie BF₃, BCl₃, as moléculas AlCl₃, AlF₃ possuem o formato plano triangular, semelhante ao boro temos o alumínio (Z = 13).

Os orbitais Py e Pz, não podem ser alterados, eles estão em uma posição perpendicular entre eles mesmos.

Outros casos de hibridização

A hibridização não é dependente da ativação, desta forma é possível formar orbitais híbridos, onde também não é possível a ativação de átomos, como por exemplo, nitrogênio, entre outros.

O que diferencia a hibridização do nitrogênio e do carbono, por exemplo, é que no nitrogênio o híbrido formado é sp3 , o orbital 2s completo é apresentado pelo carbono.

Não é regular a configuração tetraédrica que se pretendia para os orbitais sp3 do nitrogênio, pelo fato de que os três orbitais ter apenas 1 elétron, forma-se ângulos menores de 109º 18°.

Vejamos um exemplo, da molécula de NH3.

O ângulo resultante foi construído pelos orbitais do nitrogênio.
É importante sabermos que o ângulo do nitrogênio forma 107°.
N: 1s² 2s² 1p³.

Orbital completo de híbridos sp³ do N.

Pirâmide trigonal da molécula da amônia.

Quando a molécula de amônia se liga a um próton, ocorre a formação do íon de amônia; Tetraédrico, íon de amônio:

É importante lembrar que as representações de híbridos que foram produzidas para nitrogênio e oxigênio, podem ser utilizadas para os outros elementos dos seus grupos, como por exemplo, pelos átomos cereais, ou seja, oxigênio, enxofre, selênio, telúrio, nitrogênio, fósforo, arsênio, antimônio.
Observe a tabela abaixo, que nos mostra alguns ângulos que foram feitos pelo átomo central com átomos de hidrogênio, isso ocorreu em alguns hidretos.

Hibridação com orbitais d

Estrutura do PCl₅
Fósforo - Z = 15

Onde no seu estado fundamental, sua configuração é a seguinte:

Trivalente, por conter 3 elétrons não-emparelhados.

Observe o exemplo:

PCl₅ (pentacloreto de sódio), ocorreu que o fósforo constituiu 5 ligações covalentes.

Para que ocorram essas ligações é preciso que 5 elétrons não estejam emparelhados, para isso é necessário que um elétron do orbital 3s passe para o orbital 3d. Vejamos:

Os cinco orbitais dsp³ foram formados pela hibridização dos orbitais 3s, dos três orbitais 3p e um 3d, esses novos orbitais são conduzidos para o vértice de uma bipirâmide trigonal.

O formato da molécula de PCl5, (pentacloreto de fósforo) é de uma bipirâmide trigonal, que possui o núcleo do fósforo centralizado, nos 5 vértices podemos encontrar os núcleos dos átomos de cloro.