A hibridação ocorre quando as orbitais atómicas incompletas se fundem, originando novas orbitais, em igual número, que são denominadas por orbitais híbridas ou orbitais hibridizadas. O número de orbitais híbridas é igual ao número de orbitais de partida.
- Hibridação sp3
A hibridação do tipo sp3 é a combinação de três orbitais p “puras” com uma orbital s “pura” formando quatro novas orbitais híbridas denominadas sp3.
Para este tipo de hibridação, a geometria associada é a tetraédrica, ou seja, as quatro orbitais partem do centro do tetraedro e dirigem-se, cada uma, para cada um dos vértices do tetraedro.
Deste modo, o ângulo entre as orbitais sp3 é de aproximadamente 109⁰.
Este tipo de hibridação ocorre, por exemplo, na molécula de metano, CH4.
São quatro ligações covalentes idênticas entre o carbono, que é o elemento central, e quatro átomos de hidrogénio. Cada hidrogénio possui uma orbital s incompleta e é necessário receber mais um eletrão, ou seja, cada átomo de hidrogénio realiza apenas uma ligação covalente com o carbono. Assim, o carbono necessita de estar com quatro orbitais incompletas e isto ocorre por meio de hibridação.
Quando um eletrão da orbital 2s absorve energia passa para a orbital 2p que está vazia. Deste modo, o carbono fica no seu estado excitado, com quatro orbitais híbridas disponíveis para realizar as ligações covalentes. As orbitais híbridas formadas são equivalentes entre si, porém são diferentes das orbitais “puras” originais.
Com isto, ocorre a ligação entre a orbital s de cada um dos quatro átomos de hidrogénio com essas quatro orbitais híbridas do carbono.
A molécula de metano apresenta uma estrutura de tetraedro regular, com as quatro nuvens eletrónicas em cada vértice e ângulos adjacentes de aproximadamente 109⁰.
Visto que a ligação é realizada entre uma orbital s de cada hidrogénio e uma orbital híbrida sp3 para cada ligação, tem-se quatro ligações sigma s-sp3 (σs-sp3).
- Hibridação sp2
A hibridação do tipo sp2 é a combinação de uma orbital s com duas orbitais p, pertencentes ao mesmo átomo, resultando em três novas orbitais denominadas orbitais híbridas sp2.
As três orbitais híbridas sp2 situam-se no mesmo plano formando ângulos de aproximadamente 120⁰ entre si, ou seja, uma geometria triangular plana.
A hibridação sp2 ocorre quando o átomo de carbono realiza uma ligação dupla e duas ligações simples, ou seja, três ligações sigma (σ) e uma ligação pi (π).
Para uma melhor compreensão de como ocorre a hibridação do tipo sp2, pode-se tomar como exemplo o metanal, mais conhecido por formol, cuja fórmula molecular é CH2O.
Mais uma vez, como explicado anteriormente, um eletrão do subnível 2s recebe energia e passa para o subnível 2p formando, desta maneira, quatro orbitais híbridas e permitindo que o carbono realize quatro ligações covalentes.
No entanto, o carbono da molécula de formol realiza uma ligação pi (π) e este tipo de ligação ocorre somente com orbitais p “puras”. Por isso, uma das orbitais p do carbono é reservada para essa ligação. Restam ainda três orbitais híbridas, 1s e 2p, para as ligações sigma (σ).
A orbital ligante de cada átomo de hidrogénio é a orbital s pois este átomo possui apenas um eletrão, ficando com essa orbital incompleta.
As duas orbitais atómicas ligantes do oxigénio são p.
Assim, cada átomo de hidrogénio realiza uma ligação sigma (σ) com o carbono e o oxigénio realiza uma ligação sigma (σ) e uma ligação pi (π) com o átomo de carbono.
O ângulo formado entre as orbitais híbridas desta molécula é de aproximadamente 120⁰.
- Hibridação sp
A hibridação do tipo sp é a combinação de uma orbital s com uma orbital p, formando duas novas orbitais denominadas híbridas sp.
As orbitais híbridas sp formam um ângulo de 180⁰ entre si e, portanto, a geometria molecular é linear.
Isto explica a formação de duas ligações duplas no átomo de carbono ou de uma ligação tripla.
Numa ligação tripla formam-se uma ligação sigma (σ) e duas ligações pi (π).
Então, sabe-se que no caso da hibridação do tipo sp duas ligações serão pi (π) e essas ocorrem nas orbitais p “puras”, enquanto que as outras duas orbitais, que são híbridas do tipo sp irão realizar as ligações sigma (σ) restantes.
Considera-se o etino, C2H2, como exemplo. Em torno do átomo de carbono existem duas orbitais sp e duas orbitais p “puras”. As duas orbitais híbridas ligam-se através de ligações sigma s-sp (H-C) e sigma sp-sp (C-C). As duas orbitais p de cada átomo de carbono combinam-se para formarem duas ligações pi (π) entre os carbonos.
Em suma, a teoria da hibridação explica a presença de ligações covalentes em muitos elementos químicos.
References:
- Atkins, Peter e Loretta, Jones, «Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente», Bookman, 3ª Ed.
