Hibridização de carbono: em que consiste, tipos e suas características

A hibridização do carbono envolve a combinação de dois orbitais atômicos puros para formar um novo orbital molecular "híbrido" com suas próprias características. A noção de orbital atômico fornece uma explicação melhor do que o conceito de órbita anterior, para estabelecer uma aproximação de onde há uma maior probabilidade de encontrar um elétron dentro de um átomo.

Em outras palavras, um orbital atômico é a representação da mecânica quântica para dar uma idéia da posição de um elétron ou par de elétrons em uma determinada área dentro do átomo, onde cada orbital é definido de acordo com os valores de seus números. quantum

Os números quânticos descrevem o estado de um sistema (como o do elétron dentro do átomo) em um determinado momento, por meio da energia pertencente ao elétron (n), o momento angular que ele descreve em seu movimento (l), o momento magnético relacionado (m) e o spin do elétron enquanto se move dentro do (s) átomo (s).

Estes parâmetros são únicos para cada elétron em um orbital, então dois elétrons não podem ter exatamente os mesmos valores dos quatro números quânticos e cada orbital pode ser ocupado por dois elétrons no máximo.

Qual é a hibridização do carbono?

Para descrever a hibridização do carbono deve-se levar em conta que as características de cada orbital (sua forma, energia, tamanho, etc.) dependem da configuração eletrônica de cada átomo.

Ou seja, as características de cada orbital dependem do arranjo dos elétrons em cada "camada" ou nível: do mais próximo ao núcleo até o mais externo, também conhecido como escudo de valência.

Os elétrons do nível mais externo são os únicos disponíveis para formar um vínculo. Portanto, quando uma ligação química é formada entre dois átomos, a sobreposição ou sobreposição de dois orbitais (um de cada átomo) é gerada e isso está intimamente relacionado à geometria das moléculas.

Como dito acima, cada orbital pode ser preenchido com um máximo de dois elétrons, mas o Princípio Aufbau deve ser seguido, pelo qual os orbitais são preenchidos de acordo com seu nível de energia (do menor para o maior), como mostra abaixo:

Desta forma, primeiro o nível 1 s é preenchido, depois os 2 s, seguidos pelos 2 p e assim por diante, dependendo de quantos elétrons o átomo ou íon possui.

Assim, a hibridização é um fenômeno correspondente às moléculas, já que cada átomo pode fornecer apenas orbitais atômicos puros ( s, p, d, f ) e, devido à combinação de dois ou mais orbitais atômicos, a mesma quantidade de orbitais híbridos que permitem ligações entre elementos.

Tipos principais

Os orbitais atômicos têm diferentes formas e orientações espaciais, aumentando em complexidade, como mostrado abaixo:

Observa-se que existe apenas um tipo de orbital s (forma esférica), três tipos de orbital p (forma lobular, onde cada lobo é orientado em um eixo espacial), cinco tipos de orbital d e sete tipos de orbital f, onde cada tipo Orbital tem exatamente a mesma energia que sua classe.

O átomo de carbono em seu estado fundamental possui seis elétrons, cuja configuração é de 1 s 22 s 22 p 2. Ou seja, eles devem ocupar o nível 1 s (dois elétrons), os 2 s (dois elétrons) e parcialmente os 2p (os elétrons). dois elétrons restantes) de acordo com o Princípio de Aufbau.

Isto significa que o átomo de carbono tem apenas dois elétrons desemparelhados no orbital 2p, mas desta forma não é possível explicar a formação ou geometria da molécula de metano (CH ₄ ) ou outras mais complexas.

Assim, para formar esses elos você precisa da hibridação dos orbitais s e p (no caso do carbono), para gerar novos orbitais híbridos que explicam até mesmo as ligações duplas e triplas, onde os elétrons adquirem a configuração mais estável para a formação de as moléculas.

Hibridização sp3

A hibridização sp3 consiste na formação de quatro orbitais "híbridos" a partir dos orbitais puros 2s, 2p _x, 2p e 2p _z .

Assim, temos o rearranjo dos elétrons no nível 2, onde existem quatro elétrons disponíveis para a formação de quatro ligações e eles são ordenados em paralelo para terem menos energia (maior estabilidade).

Um exemplo é a molécula de etileno (C2H4), cujas ligações formam ângulos de 120 ° entre os átomos e fornecem uma geometria trigonal plana.

Neste caso, ligações CH e CC simples são geradas (devido aos orbitais sp 2) e uma ligação CC dupla (devido ao orbital p ), para formar a molécula mais estável.

Hibridização sp2

Através da hibridização sp2, três orbitais "híbridos" são gerados a partir do orbital 2s puro e três orbitais 2p puros. Além disso, obtém-se um orbital p puro que participa na formação de uma ligação dupla (denominada pi: "π").

Um exemplo é a molécula de etileno (C2H4), cujas ligações formam ângulos de 120 ° entre os átomos e fornecem uma geometria trigonal plana. Neste caso, ligações CH e CC simples são geradas (devido aos orbitais sp2) e uma ligação CC dupla (devido ao orbital p), para formar a molécula mais estável.

Por sp hybridization dois orbitais "híbridos" são estabelecidos a partir do orbital 2s puro e três orbitais 2p puros. Desta forma, dois orbitais p puro são formados que participam na formação de uma ligação tripla.

Para este tipo de hibridação, a molécula de acetileno (C2H2) é apresentada como um exemplo, cujas ligações formam ângulos de 180 ° entre os átomos e fornecem uma geometria linear.

Para esta estrutura, existem ligações CH e CC simples (devido aos orbitais sp) e um link CC triplo (isto é, dois links pi devido aos orbitais p), para obter a configuração com a menor repulsão eletrônica.