Hibridização de carbono: conceito, tipos e suas características - Ciência - 2023

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o hibridização de carbono envolve a combinação de dois orbitais atômicos puros para formar um novo orbital molecular "híbrido" com suas próprias características. A noção de orbital atômico fornece uma explicação melhor do que o conceito anterior de órbita, para estabelecer uma aproximação de onde há uma maior probabilidade de encontrar um elétron dentro de um átomo.

Em outras palavras, um orbital atômico é a representação da mecânica quântica para dar uma ideia da posição de um elétron ou par de elétrons em uma determinada área dentro do átomo, onde cada orbital é definido de acordo com os valores de seus números quantum.

Os números quânticos descrevem o estado de um sistema (como o do elétron dentro do átomo) em um determinado momento, através da energia pertencente ao elétron (n), o momento angular que ele descreve em seu movimento (l), o momento magnético relacionado (m) e o spin do elétron conforme ele viaja dentro do (s) átomo (s).

Esses parâmetros são únicos para cada elétron em um orbital, então dois elétrons não podem ter exatamente os mesmos valores dos quatro números quânticos e cada orbital pode ser ocupado por no máximo dois elétrons.

O que é hibridização de carbono?

Para descrever a hibridização do carbono, deve-se levar em consideração que as características de cada orbital (sua forma, energia, tamanho, etc.) dependem da configuração eletrônica que cada átomo possui.

Ou seja, as características de cada orbital dependem da disposição dos elétrons em cada "camada" ou nível: do mais próximo ao núcleo para o mais externo, também conhecido como camada de valência.

Os elétrons no nível mais externo são os únicos disponíveis para formar uma ligação. Portanto, quando uma ligação química é formada entre dois átomos, a sobreposição ou superposição de dois orbitais (um de cada átomo) é gerada e isso está intimamente relacionado com a geometria das moléculas.

Como dito anteriormente, cada orbital pode ser preenchido com no máximo dois elétrons, mas deve-se seguir o Princípio de Aufbau, por meio do qual os orbitais são preenchidos de acordo com seu nível de energia (do menor ao maior), conforme mostrado mostra abaixo:

Desta forma, o primeiro nível 1 é preenchidos, então 2s, seguido por 2p e assim por diante, dependendo de quantos elétrons o átomo ou íon tem.

Assim, a hibridização é um fenômeno correspondente às moléculas, uma vez que cada átomo pode fornecer apenas orbitais atômicos puros (s, p, d, F) e, devido à combinação de dois ou mais orbitais atômicos, o mesmo número de orbitais híbridos são formados que permitem as ligações entre os elementos.

Tipos de hibridização

Orbitais atômicos possuem diferentes formas e orientações espaciais, aumentando em complexidade, conforme mostrado a seguir:

Observa-se que existe apenas um tipo de orbital s (forma esférica), três tipos de orbitais p (forma lobular, onde cada lóbulo é orientado em um eixo espacial), cinco tipos de orbitais d e sete tipos de orbitais F, onde cada tipo de orbital tem exatamente a mesma energia que os de sua classe.

O átomo de carbono em seu estado fundamental tem seis elétrons, cuja configuração é 1s²2s²2p^2. Ou seja, eles devem ocupar o nível 1s (dois elétrons), o 2s (dois elétrons) e parcialmente 2p (os dois elétrons restantes) de acordo com o Princípio de Aufbau.

Isso significa que o átomo de carbono tem apenas dois elétrons desemparelhados no orbital 2.p, mas, portanto, não é possível explicar a formação ou geometria da molécula de metano (CH₄) ou outros mais complexos.

Então, para formar essas ligações, você precisa da hibridização dos orbitais s Y p (no caso do carbono), para gerar novos orbitais híbridos que explicam até ligações duplas e triplas, onde os elétrons adquirem a configuração mais estável para a formação de moléculas.

Hibridização Sp³

Hybridization sp³ consiste na formação de quatro orbitais "híbridos" a partir dos orbitais 2s, 2p_x, 2 P_Y e 2p_z charutos.

Assim, temos o rearranjo dos elétrons no nível 2, onde existem quatro elétrons disponíveis para a formação das quatro ligações e eles estão dispostos em paralelo para terem menos energia (maior estabilidade).

Um exemplo é a molécula de etileno (C₂H₄), cujas ligações formam ângulos de 120 ° entre os átomos e fornecem uma geometria trigonal plana.

Neste caso, ligações simples C-H e C-C são geradas (devido aos orbitais sp²) e uma ligação dupla C-C (devido ao orbital p), para formar a molécula mais estável.

Hibridização Sp²

Através da hibridização sp² Três orbitais "híbridos" são gerados a partir do orbital 2s puro e três orbitais 2p puros. Além disso, é obtido um orbital p puro que participa da formação de uma ligação dupla (denominada pi: "π").

Um exemplo é a molécula de etileno (C₂H₄), cujas ligações formam ângulos de 120 ° entre os átomos e fornecem uma geometria trigonal plana. Neste caso, ligações simples C-H e C-C são geradas (devido aos orbitais sp²) e uma ligação dupla C-C (devido ao orbital p), para formar a molécula mais estável.

Por hibridização sp, dois orbitais "híbridos" são estabelecidos a partir do orbital 2s puro e três orbitais 2p puros. Dessa forma, dois orbitais p puros são formados e participam da formação de uma ligação tripla.

Para este tipo de hibridização, a molécula de acetileno (C₂H₂), cujas ligações formam ângulos de 180 ° entre os átomos e conferem-lhe uma geometria linear.

Para esta estrutura, existem ligações C-H e C-C simples (devido aos orbitais sp) e uma ligação tripla C-C (ou seja, duas ligações pi devido aos orbitais p), para obter a configuração com a menor repulsão eletrônica.

Referências

Hibridização orbital. Recuperado de en.wikipedia.org
Fox, M. A. e Whitesell, J. K. (2004). Química orgânica. Recuperado de books.google.co.ve
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Mathur, R. B.; Singh, B. P. e Pande, S. (2016). Nanomateriais de carbono: síntese, estrutura, propriedades e aplicações. Recuperado de books.google.co.ve