Hibridização

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Hibridização, ou hibridação, é o processo de formação de orbitais eletrônicos híbridos. Em alguns átomos, os orbitais dos subníveis atômicos s e p se misturam, dando origem a orbitais híbridos sp, sp² e sp³.

Segundo a teoria das ligações covalentes, uma ligação desse tipo se efetua pela sobreposição de orbitais semipreenchidos (com apenas um elétron). A hibridação explica a formação de algumas ligações que seriam impossíveis por aquela teoria, bem como a disposição geométrica de algumas moléculas.

Índice 1 Formas de hibridação 1.1 Hibridação sp3 1.2 Hibridação sp2 2 Hibridação do BeF2

[editar] Formas de hibridação

[editar] Hibridação sp³

A hibridação sp³ é facilmente explicada pelo carbono. Para o carbono tetraédrico (como no metano, CH₄), devem haver quatro ligações simples. O problema é que a distribuição eletrônica do carbono no estado fundamental é 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹, esquematizando:

(Nota: O orbital 1s tem menos energia que o 2s, que por sua vez tem menos energia que os orbitais 2p)

Dessa forma, o carbono deveria realizar apenas duas ligações, ao que há apenas dois orbitais semipreenchidos. Entretanto, o átomo de metileno (CH₂) é extremamente reativo, não estando equilibrado quimicamente. O primeiro passo para se entender o processo de hibridação, é excitar o átomo de carbono em questão, tendo-se:

Então, o carbono equilibra os quatro orbitais, dando origem a orbitais de energia intermediária entre 2_s e 2_p, dando origem ao orbital sp³ (lido s-p-três), assim chamado por ser o resultado da fusão de um orbital s com três orbitais p. Portanto, tem-se:

[editar] Hibridação sp²

Outras formas de hibridação são explicadas de forma semelhante à sp³ do metano. A hibridação sp² é realizada quando um dos orbitais p não hibrida. Isso acontece em moléculas como a de eteno, na qual há ligação dupla entre carbonos. A estrutura de Lewis dessa molécula é algo parecido com:

Não são todas as orbitais que hibridam pois as orbitais híbridas formam apenas ligações σ, e uma ligação π é necessária para a ligação dupla entre os carbonos. Sua distribuição eletrônica ficará algo como:

[editar] Hibridação do BeF₂

Ilustraremos com alguns exemplos, começando pela molécula de BeF2. O modelo VSEPR prevê que essa molécula seja linear, com na realidade é, com duas ligações Be–F idênticas. Como a teoria da ligação de valência descreve a ligação no BeF2? Não há problema com os átomos de flúor, pois a configuração eletrônica do F (1s2 2s2 2p5) nos diz que há um elétron desemparelhado ocupando um orbital 2p. Este elétron pode ser emparelhado com um outro átomo do Be e formar uma ligação covalente. Aparece, porém, uma pergunta mais difícil: Que orbital do átomo de Be se sobrepõe com os orbitais dos átomos de F para formar as ligações Be–F?

A distribuição dos elétrons átomo de Be em seu estado fundamental é: 1s2 2s2, restando os seus três orbitais 2p vazios. Sabemos que um átomo não pode usar um orbital já preenchido para se combinar com outro semi-preenchido, pois essa é uma situação proibida. As ligações devem ser preferencialmente formadas pela combinação de dois orbitais semi-preenchidos. Segundo essa distribuição não haveria a possibilidade de se estabelecer qualquer ligação. No entanto sabemos que essa molécula existe, então deve haver algum meio de se conseguir as condições necessárias ao estabelecimento das ligações. Podemos resolver o problema “misturando” o orbital 2s e 2p do Be para formar dois novo orbitais, como mostra a figura abaixo

Neste caso do átomo de Be no BeF2, escrevemos o diagrama de orbitais para a formação de dois orbitais híbridos da seguinte forma:

Da mesma forma que os orbitais p, cada novo orbital formado, tem dois lobos. Porém, diferentemente dos orbitais atômicos p, um dos lobos é muito maior que o outro. Os dois novos orbitais têm a mesma forma, mas os lobos grandes orientam-se em direções opostas. Neste processo, criamos dois orbitais híbridos, formados pela mistura de dois orbitais atômicos. Aqui, hibridizamos um orbital s e um orbital p, desta forma, cada um dos dois orbitais resultantes é chamado orbital híbrido sp. A Figura abaixo mostra a forma destes orbitais:

Importante notar que o número de orbitais híbridos formados depende intimamente do número de orbitais atômicos empregados na hibridização, como neste caso usou-se um orbital s e um orbital p, serão formados, NECESSARIAMENTE, dois orbitais híbridos sp.

Considerando esse modelo podemos explicar a existência da molécula de BeF2, com sua geometria linear e com suas duas ligações idênticas. A figura a seguir tenta ilustrar a molécula de BeF2 através da representação de seus orbitais híbridos sp:

Nesta figura, os orbitais sp formados estão sendo representados em azul, onde cada um deles apresentam um elétron desemparelhado, disponível para estabelecer as ligações covalentes com os átomos de flúor. Há ainda, nesta figura, a representação, em cinza, dos dois orbitais atômicos 2p, vazios do Be, que não foram utilizados. Estes orbitais atômicos que não foram empregados permanecem absolutamente inalterados, não sofrendo qualquer alteração se comparado com o átomo isolado antes da hibridização. Observe ainda que para que a ligação seja estabelecida, é necessário que os elétrons que participam da ligação estejam emparelhados e com spin contrários

Usando o mesmo raciocínio podemos extrapolar esse princípio, da hibridização, para um número maior de orbitais atômicos.

Sabemos que para que tenhamos uma ligação química covalente é fundamental que haja a disponibilidade de orbitais para alocarem os pares de elétrons compartilhados, assim, conclui-se que para cada ligação que um átomo estabelece é preciso, para isso, um orbital. Assim se um átomo pode estabelecer duas ligações, serão necessários um orbital para cada ligação, resultando num mínimo de dois. Se um elemento estabelece, três, quatro ou cinco ligações, serão precisos, uns mínimos de três, quatro e cinco orbitais, respectivamente.

Usando nosso conhecimento de orbitais híbridos, que nos diz que o número de orbitais híbridos formados será sempre igual ao número de orbitais atômicos que se combina, podemos identificar qual a hibridização é mais apropriada para uma determinada molécula poliatômica. -->