Conceitos e Características da Hibridação


ATÔMICOS

No mesmo sentido da genética, hibridar significa “misturar”. Com isso ao se “misturarem” orbitais, surgirão novos orbitais com características diferentes das anteriores. O fenômeno conhecido como hibridação consiste num reagrupamento nos níveis de energia e nos formatos dos orbitais atômicos da última camada.

Hibridação

O número de orbitais híbridos formados é igual ao número de orbitais atômicos que se “misturam”. Assim, quando interage um orbital s com um orbital p formam-se dois orbitais híbridos sp. Ao interagirem um orbital s e três orbitais p formar-se-ão quatro orbitais híbridos sp3. Consideremos as configurações eletrônicas dos elementos berílio (Z=4), boro (Z=5) e carbono (2=6) (átomo isolado no estado gasoso).
4Be: Is2 2s2
5B: Is2 2s2 2P1
6C: Is2 2s2 2p’x 2p’y

Portanto, chegaremos à conclusão que o berílio é um elemento inerte, o boro forma apenas uma ligação com outros átomos e o carbono forma duas ligações com outros átomos. Mas isso não acontece, pois é sabido que o berílio forma compostos como BeCI2, o boro forma compostos como BF3 e o carbono forma mais de um milhão de compostos, nos quais aparece ligado a quatro átomos. Admite-se então, o fenômeno conhecido por hibridação de orbitais.

Hibridização sp3

A experiência demonstra que o átomo de carbono é tetravalente e que as quatro valências são equivalentes. Mas como as quatro valências são equivalentes, os orbitais 2s e 2p interagem (cruzam) e vão dar origem a quatro novos orbitais com caráter direcional diferente e denominados de orbitais hídridos sp3 (resultante de um orbital s e 3 orbitais p). Vamos esquematizar a sequência da hidridação. Ex: 6C – Is2 2s2 2p2.

Os ângulos entre os orbitais híbridos é de 109°28′ (estrutura tetraédrica). Por isso, essa hibridação é denominada tetraédrica ou tetragonal. Os 4 orbitais híbridos estão incompletos, ou seja, com apenas l elétron. Cada orbital desses, pode emparelhar seu elétron com o elétron do hidrogênio, resultando um orbital molecular ligação de “s” do hidrogênio com “sp3″ do carbono. Teremos então, o CH4 com 4 orbitais moleculares do tipo cr (s-sp3) (a, lê-se sigma). Então, o carbono combina-se com o hidrogênio formado orbitais moleculares, segundo direções apontadas do centro para os vértices de um tetraedro regular.

Esse fenômeno também ocorre para outros átomos que possuem 4 elétrons na camada externa, como o silício e germânio. Eles formam hidretos SiH4 e GeH4 com hidridações de orbitais na forma tetraédrica.

Carbono-sp2

Examinemos as ligações entre os átomos de carbono na molécula de etileno. Existem duas covalências sendo uma ligação a e uma ligação n. Se existe uma ligação n, é porque cada átomo de carbono reservou um orbital p incompleto afim de formar o orbital molecular p. Logo, o carbono precisa guardar um orbital “p”. Então, a hibridação será do tipo “sp2″, pois vai utilizar um orbital “s” e somente dois orbitais “p”.

Como se vê, o átomo de carbono continua tetravalente: três orbitais “sp2″ para as ligações “a” e l orbital “p” para a ligação “ti”. A figura acima mostra as ligações na molécula de etileno. O ângulo entre as ligações é de 120°. Resumindo: na ligação (C = C) uma delas é a (sp2 – sp2) e a outra é n.
Em (H – C) as ligações são a (s – sp2). Observa-se que a molécula é trigonal plana ou triangular.

Carbono-sp

Examinemos agora a molécula de acetileno. Existem duas ligações “n” e as restantes são “a”. Mais uma vez lembremos que, para ocorrer ligação “ti”, é necessário que haja um par de orbitais “p” incompletos. Então, na molécula de acetileno, cada átomo de carbono reservou 2 orbitais “p” para as ligações “ti”. Consequentemente, a hidridação será feita por um orbitai “s” com um orbital “p”, ou seja, será do tipo “sp”.

A figura acima mostra, esquematicamente, as ligações na molécula de acetileno. Observa-se que a molécula é linear. Nas ligações (C = C), uma é do tipo “o (sp-sp)” e duas são do tipo “ti”. A ligação (H – C) é do tipo “a (s-sp)”.

Interação de um orbital “s” com dois orbitais “p”, como por exemplo, o boro. Considerando a hidridizaçao dos orbitais 2s, 2px e 2py, existem três orbitais híbridos resultantes. Vejamos o aspecto geométrico dessa hidridação: Ex: SB – Is2 2s2 2p*.

Já havíamos dito que a disposição dos orbitais híbridos é a mais simétrica possível no espaço. Os três orbitais híbridos “sp2″ apresentarão eixos coplanares, sendo o ângulo de 120° entre 2 eixos quaisquer. Diz-se que é uma hibridação trigonal. Como o átomo apresenta três orbitais incompletos, poderão efetuar três ligações e nesta estrutura o boro é trivalente. Vejamos as ligações do átomo de boro com três átomos de flúor. O átomo de flúor apresenta apenas um orbital “p” incompleto e este será o orbital de ligação. Ex: 9F – Is2 2s2 2p5. Geometricamente, os orbitais híbridos situam-se diametralmente opostos, ou seja, a 180° e, então, teremos uma geometria linear.

Berílio

Quando o berílio se liga ao hidrogênio temos uma hibridação “sp” com dois orbitais hídridos incompletos. Portanto, podem-se ligar dois átomos de hidrogênio formando-se a molécula BeH2. O átomo de berílio ficará com 4 elétrons na camada externa, após as ligações com os átomos de hidrogênio.
Geometricamente, os orbitais “p” sofrem uma deformação na parte oposta, aquela que faz a ligação. O átomo de flúor ficará com três orbitais moleculares denominados (p-sp2) e, portanto, com 6 elétrons na camada externa.

Hibridização sp

Vejamos um caso especial de um átomo com apenas dois elétrons na camada externa e que apresenta hidridação. É o caso do berílio, cuja configuração eletrônica é: Ex: Be – Is2 2s2.

Se não ocorresse hibridação, o berílio seria um átomo estável. Realmente, esse átomo sofrerá hibridação e, teremos dois orbitais incompletos, o que tornará o berílio bivalente.

Observações importantes:

1.                   observe que, nos casos apresentados, a hibridação só ocorreu em subníveis do mesmo nível de energia.
2.                   para que ocorra a hibridação, é necessário ter um orbital completo e, pelo menos, um vazio.
3.                   as hibridações mais comuns são entre subníveis “s” e “p”,  mas também podem ocorrer em subníveis “d”.