Ibridazione, allotropia e Risonanza

Orbitali ibridi e geometria molecolare

Solo orbitali ibridi, risultanti dall'incrocio (o ibridazione) degli orbitali atomici primitivi propri dell'atomo isolato, possono rendere conto della reale geometria molecolare.

• Solo orbitali atomici con energie vicine possono ibridarsi poiché a ciò corrisponde la massima sovrapposizione.
• Dall'ibridazione di n orbitali atomici puri derivano altrettanti orbitali ibridi.

Teoria dell'ibridazione

Nella formazione di orbitali ibridi intervengono solo OA di energia simile. L'ibridazione consente la formazione di legami equivalenti.

• Gli AO che si ibridano si orientano in modo da dare massima sovrapposizione nella formazione dei legami e minima repulsione tra le coppie solitarie.
• L'ibridazione consente un maggior numero di legami e quindi maggior stabilità molecolare.
• Da n OA si ottengono, per combinazione lineare, n orbitali ibridi equivalenti con energie intermedie tra quelle dei componenti.
• L'ibridazione è, di solito, accompagnata dalla promozione di uno (o più) elettroni da orbitali saturi a orbitali vuoti.

L'energia spesa nel processo di ibridazione viene compensata dalla formazione di legami più forti dovuti alla più estesa sovrapposizione degli orbitali ibridi.

Ibridazione sp³

Carbonio

Quattro orbitali ibridi sp³ tutti equivalenti e orientati coi loro assi dal centro ai vertici di un tetraedro regolare. Per questo l'ibridazione è detta tetraedrica. Gli orbitali ibridi sp³ hanno 3/4 di carattere p e 1/4 di carattere s. Gli angoli tra gli orbitali sono di 109°. Hanno simmetria assiale quindi formano dei legami di tipo sigma.

Azoto

Il lone pair dell'azoto occupa un orbitale ibrido sp³, la molecola ha forma di piramide trigonale. Gli angoli nella molecola NH₃ tra gli atomi di idrogeno sono di 107° perché il doppietto elettronico non condiviso genera una repulsione maggiore che non le coppie di legame.

Acqua

I due lone pair dell'ossigeno occupano orbitali ibridi sp³, la molecola assume forma piegata. L'angolo tra i due idrogeni nella molecola di H₂O è di 105° per la repulsione dei due doppietti.

Ibridazione sp²

Mescolando un orbitale s e due orbitali p si ottengono tre orbitali ibridi sp². Il terzo orbitale 2p non è ibridato.

Gli orbitali sp² in BF₃

Il boro ha 5 elettroni e configurazione del tipo 1s²2s²2p¹. Passa allo stato di valenza 1s²2s¹2p² e poi di ibridazione sp². Ogni orbitale ibrido sp² si sovrappone a un orbitale 2p_z del F. L'orbitale 2p_z puro del boro rimane vuoto e si localizza sopra e sotto il piano della molecola. I tre orbitali ibridi sp² sono orientati lungo i vertici di un triangolo equilatero, con gli assi separati da 120°. Ogni orbitale ibrido sp² semioccupato si sovrappone con l'orbitale 2p semioccupato di un atomo di fluoro.

Tre orbitali ibridi sp² tutti equivalenti e coi loro assi giacenti tutti sullo stesso piano definito dai due orbitali p utilizzati ed orientati in modo da fare angoli di 120° l'uno con l'altro. Per questo l'ibridazione è detta trigonale piana.