Concetti Chiave
- Il carbonio forma quattro legami grazie all'ibridizzazione, in cui un elettrone 2s viene promosso in un orbitale 2p, creando orbitali ibridi sp3.
- Gli orbitali ibridi sp3 del carbonio, con ¼ di carattere s e ¾ di carattere p, hanno una forma bilobata e si orientano a formare una struttura tetraedrica.
- L'ibridizzazione è un modello teorico utile per descrivere i legami e l'orientamento delle molecole, ma non determina la forma di queste ultime.
- Anche l'azoto utilizza l'ibridizzazione sp3, ma presenta un doppietto elettronico che causa una distorsione nella struttura dell'ammoniaca rispetto allo ione ammonio.
- Lo ione ammonio presenta un legame dativo tra azoto e ione idrogeno, risultando in una struttura tetraedrica perfetta.
Ibridizzazione del carbonio
Ibridizzazione degli orbitali: il caso del carbonio Il carbonio teoricamente dovrebbe formare due legami, sperimentalmente ne forma quattro. Ciò è dovuto al fatto che un elettrone 2s viene promosso in un orbitale 2p, tuttavia i legami derivanti dalla sovrapposizione degli orbitali s e p del carbonio con gli orbitali s dell’idrogeno danno luogo a un metano con lunghezza di legame diversa e forma diversa, rispetto a quelle individuate sperimentalmente. Ciò è dovuto alla formazione di orbitali ibridi, dati dall’intersezione degli orbitali di partenza.
Forma e orientamento degli orbitali
I nuovi orbitali ibridi sp3, utilizzati dal carbonio quando si lega a 4 atomi, hanno ¼ di carattere
s e ¾ di carattere p, sono quindi di forma bilobata con un’estremità un po' più cicciotta. Tali orbitali si orientano il più lontano possibile tra loro formando un tetraedro. Quindi, secondo VSEPR il metano ha forma tetraedrica perché allontana gli elettroni di legame il più lontano possibile, secondo VB per la repulsione tra gli orbitali ibridi.
L’ibridizzazione è un modello teorico per descrivere i legami di una struttura e interpretare la forma delle molecole, cioè la forma non è una conseguenza della ibridizzazione.
Ibridizzazione dell'azoto
Anche l’azoto si ibrida ad sp3, un orbitale sp3 contiene però un doppietto elettronico ed è per questo che l’ammoniaca è un tetraedro distorto: 3 orbitali sp3 interagiscono con gli orbitali s dell’idrogeno, l’altro orbitale sp3 invece presenta il doppietto elettronico. Lo ione ammonio presenta un legame dativo tra azoto e ione idrogeno perciò è un tetraedro perfetto.
Domande da interrogazione
- Perché il carbonio forma quattro legami invece di due come teoricamente previsto?
- Qual è la forma e l'orientamento degli orbitali ibridi sp3 del carbonio?
- Come si differenzia l'ibridizzazione dell'azoto rispetto a quella del carbonio?
Il carbonio forma quattro legami grazie alla promozione di un elettrone 2s in un orbitale 2p, portando alla formazione di orbitali ibridi che consentono una maggiore sovrapposizione con gli orbitali s dell'idrogeno, come descritto nel testo.
Gli orbitali ibridi sp3 del carbonio hanno una forma bilobata con ¼ di carattere s e ¾ di carattere p, orientandosi in modo da formare un tetraedro, per minimizzare la repulsione tra gli elettroni di legame, come indicato nel testo.
L'azoto si ibrida anch'esso ad sp3, ma presenta un doppietto elettronico in uno degli orbitali, il che porta a una forma tetraedrica distorta nell'ammoniaca, mentre lo ione ammonio ha una geometria tetraedrica perfetta a causa del legame dativo, come spiegato nel testo.
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