Ibridazione degli orbitali sp3, sp2, sp del carbonio e ibridazione d2sp3 del ferro

Ibridazione degli orbitali (redistribuzione degli elettroni)

Ci sono dei composti la cui formazione non si può spiegare tramite i legami che abbiamo precedentemente visto. Esiste un meccanismo, chiamato ibridazione degli orbitali, che spiega la formazione del legame chimico per quegli elementi che non presentano elettroni spaiati.

Esempio: Be (berillio) (II gruppo)

1s² 2s² 2p

Il Be non potrebbe formare nessun legame perché non presenta elettroni spaiati. È noto, invece, che esso forma composti come il BeCl₂ (cloruro di berillio), in cui il Be mette in compartecipazione un elettrone per atomo di Cl.

Il guscio più esterno ha 3 orbitali p vuoti e uno s con 2 elettroni. Considerando che l'orbitale p è vuoto e l'orbitale s ha energia minima rispetto dell'orbitale p, perché?

Dunque per poter saltare dall'orbitale s al p, gli elettroni devono assorbire energia dall'esterno e passare allo stato eccitato, l'elettrone diventa isoenergetico con gli orbitali p, salta.

Un orbitale s si fonde con un orbitale p e dà origine a due orbitali ibridi sp³.

Orbitali ibridi sp

I così chiamati perché sono il risultato di una fusione tra l'orbitale s e un orbitale p.

Avendo così due elettroni spaiati, il BeCl₂ è giustificabile.

Be 2s 2p ibridato sp² sp²

Come sono disposti gli orbitali sp?

Con una simmetria lineare sul piano, formando un angolo di 180°.

Ibridazione degli orbitali

Ci sono dei composti la cui formazione non si può spiegare tramite i legami che abbiamo precedentemente visto. Esiste un meccanismo, chiamato ibridazione degli orbitali, che spiega la formazione del legame chimico per quegli elementi che non presentano elettroni spaiati.

Esempio: Be (berillio) (II gruppo)

Il Be non potrebbe formare nessun legame perché non presenta elettroni spaiati. È noto, invece, che esso forma composti come il BeCl₂ (cloruro di berillio) in cui il Be mette in compartecipazione un elettrone per atomo di Cl.

Il guscio più esterno ha 3 orbitali p vuoti e uno s con 2 elettroni, considerando che l'orbitale p ha energia minima dell'orbitale p, p < d, s < d.

Dunque per poter saltare dall'orbitale s al p, gli elettroni devono assorbire energia dall'esterno e passare allo stato eccitato, l'elettrone diventa isoenergetico con gli orbitali p e salta.

Un orbitale s si fonde con un orbitale p e dà origine a due orbitali ibridi sp.

Orbitali ibridi sp

Così chiamati perché sono il risultato di una fusione tra l'orbitale s e un orbitale p.

Avendo così due elettroni spaiati, il BeCl₂ è giustificabile.

Be

Come sono disposti gli orbitali sp?

Con una simmetria lineare sul piano formando un angolo di 180°.

Esempio: B (boro) (III gruppo)

Analogamente il B, nonostante la sua configurazione 1s²2s²2p, forma composti come il BCl₃ (tricloruro di boro). Infatti, il B potrebbe formare solo 1 legame.

L'orbitale s assume energia dall'esterno, un elettrone passa nell'orbitale p. Così 1 orbitale s e 2 orbitali p si fondono formando 3 orbitali ibridi sp².

Orbitali ibridi sp²

Così chiamati perché sono il risultato di una fusione tra 1 orbitale s e 2 orbitali p.

Come sono disposti gli orbitali sp²? Con una forma geometrica detta trigonale planare, formando angoli di 120°.

Ibridazione del carbonio

Il C potrebbe formare solo 2 legami, ma grazie all’ibridazione riesce a formare molecole come il CCO₄ (tetracca).

Dell’atomo di carbonio l’orbitale 2s assorbe energia dall’esterno, un elettrone passa nell’orbitale 2p vuoto e si formano 4 orbitali con un elettrone ciascuno. Gli orbitali (1 2s e 3 2p) si formano formando 4 orbitali ibridi sp³.

Orbitali ibridi sp³

Così chiamati perché sono il risultato di una fusione tra 1 orbitale s e 3 orbitali p.

Come sono disposti gli orbitali sp³?

Con una simmetria tetraedrica, formando angoli di 109,28°.

Queste disposizioni fanno in modo che ci siano le minori repulsioni possibili, sono la forma più stabile.

Il C, elemento basilare della chimica organica, è soggetto a tutti 3 tipi di ibridazione; sp, sp², sp³. Può succedere che:

• L’orbitale 1s si forma con 3 orbitali 2p. (sp³) - Tipo di agg. alcano
• L’orbitale 2s si forma con 2 orbitali 2p. (sp²) - Tipo di agg. alcene
• L’orbitale 2s si forma con 1 orbitale 2p. (sp) - Tipo di agg. alcino

• Rimane 1 orbitale non ibrido che formerà il legame doppio
• Rimangono 2 orbitali non ibridi che formeranno il legame triplo

Dal carbonio si ottiene il diamante con ibridazione sp³ (con struttura tetraedrica) e la grafite con ibridazione sp² (è molle, essendo piani, formano dei fogli di grafite).

L'ibridazione degli orbitali spiega anche un'apparente anomalia in molecole come quelle di H₂O e NH₃.

H₂O (acqua)

L'ossigeno ha un doppietto di elettroni libero (non legato) siti in due orbitali "ibridi" sp³. Questi orbitali esercitano una repulsione sugli elettroni impegnati nei legami H-O.

Si avrà così una contrazione dell'angolo che passando da 109,28° a 104,5°.

Molecola di acqua

NH₃ (ammoniaca)

Anche nell'ammoniaca NH₃ abbiamo una repulsione sugli elettroni impegnati nei legami. Dato che la compressione è esercitata da un solo doppietto di elettroni non condivisi, l'angolo passerà da 109,28° a 107,3°.

Molecola di ammoniaca