Ibridazione del carbonio: in cosa consiste, i tipi e le loro caratteristiche
L' ibridazione del carbonio comporta la combinazione di due orbitali atomici puri per formare un nuovo orbitale molecolare "ibrido" con le sue caratteristiche. La nozione di orbitale atomico fornisce una spiegazione migliore del concetto di orbita precedente, per stabilire un'approssimazione di dove c'è una maggiore probabilità di trovare un elettrone all'interno di un atomo.
In altre parole, un orbitale atomico è la rappresentazione della meccanica quantistica per dare un'idea della posizione di un elettrone o coppia di elettroni in una certa area all'interno dell'atomo, dove ciascun orbitale è definito in base ai valori dei suoi numeri quantistica.
I numeri quantici descrivono lo stato di un sistema (come quello dell'elettrone all'interno dell'atomo) in un dato momento, per mezzo dell'energia che appartiene all'elettrone (n), il momento angolare che descrive nel suo movimento (l), il momento magnetico relativo (m) e la rotazione dell'elettrone mentre si muove all'interno dell'atomo (i).
Questi parametri sono unici per ogni elettrone in un orbitale, quindi due elettroni non possono avere esattamente gli stessi valori dei quattro numeri quantici e ciascun orbitale può essere occupato da due elettroni al massimo.
Qual è l'ibridazione del carbonio?
Per descrivere l'ibridazione del carbonio si deve tener conto del fatto che le caratteristiche di ciascun orbitale (la sua forma, energia, dimensione, ecc.) Dipendono dalla configurazione elettronica di ciascun atomo.
Cioè, le caratteristiche di ciascun orbitale dipendono dalla disposizione degli elettroni in ogni "strato" o livello: dal più vicino al nucleo al più esterno, noto anche come guscio di valenza.
Gli elettroni del livello più esterno sono gli unici disponibili per formare un legame. Pertanto, quando si crea un legame chimico tra due atomi, viene generata la sovrapposizione o sovrapposizione di due orbitali (uno di ciascun atomo) e questo è strettamente correlato alla geometria delle molecole.
Come detto sopra, ciascun orbitale può essere riempito con un massimo di due elettroni ma deve essere seguito il principio Aufbau, con il quale gli orbitali sono riempiti in base al loro livello di energia (dal più basso al più alto), come mostra di seguito:
In questo modo, prima viene riempito il livello 1 s, quindi i 2 s, seguito dal 2 p e così via, a seconda di quanti elettroni ha l'atomo o lo ione.
Pertanto, l'ibridizzazione è un fenomeno corrispondente alle molecole, poiché ogni atomo può fornire solo orbitali atomici puri ( s, p, d, f ) e, a causa della combinazione di due o più orbitali atomici, la stessa quantità di orbitali ibridi che consentono collegamenti tra elementi.
Tipi principali
Gli orbitali atomici hanno diverse forme e orientamenti spaziali, aumentando in complessità, come mostrato di seguito:
Si osserva che esiste un solo tipo di orbitale s (forma sferica), tre tipi di p orbitale (forma lobulare, dove ciascun lobo è orientato su un asse spaziale), cinque tipi di orbitale d e sette tipi di f orbitale, dove ogni tipo Orbital ha esattamente la stessa energia della sua classe.
L'atomo di carbonio nel suo stato fondamentale ha sei elettroni, la cui configurazione è 1 s 22 s 22 p 2. Cioè, dovrebbero occupare il livello 1 s (due elettroni), i 2 s (due elettroni) e parzialmente il 2 p (gli elettroni). due elettroni rimanenti) secondo il principio Aufbau.
Ciò significa che l'atomo di carbonio ha solo due elettroni spaiati nel 2 p orbitale, ma in questo modo non è possibile spiegare la formazione o la geometria della molecola di metano (CH 4 ) o di altri più complessi.
Quindi per formare questi collegamenti è necessaria l'ibridazione degli orbitali s e p (nel caso del carbonio), per generare nuovi orbitali ibridi che spieghino anche i legami doppio e triplo, in cui gli elettroni acquisiscono la configurazione più stabile per la formazione di le molecole.
Hybridization sp3
L'ibridazione sp3 consiste nella formazione di quattro orbitali "ibridi" dagli orbitali puri 2s, 2p x, 2p e 2p z .
Quindi, abbiamo il riarrangiamento degli elettroni nel livello 2, dove ci sono quattro elettroni disponibili per la formazione di quattro legami e sono ordinati in parallelo per avere meno energia (maggiore stabilità).
Un esempio è la molecola di etilene (C 2 H 4 ), i cui legami formano angoli di 120 ° tra gli atomi e forniscono una geometria trigonale piatta.
In questo caso, vengono creati semplici legami CH e CC (a causa degli orbitali SP 2) e un doppio legame CC (dovuto al p orbitale), per formare la molecola più stabile.
Ibridazione sp2
Attraverso l'ibridazione sp2 vengono generati tre orbitali "ibridi" dal puro orbitale 2s e tre orbitali puri 2p. Inoltre, si ottiene un porbitale puro che partecipa alla formazione di un doppio legame (detto pi: "π").
Un esempio è la molecola di etilene (C 2 H 4 ), i cui legami formano angoli di 120 ° tra gli atomi e forniscono una geometria trigonale piatta. In questo caso, vengono creati semplici legami CH e CC (a causa degli orbitali sp2) e un doppio legame CC (dovuto al p orbitale), per formare la molecola più stabile.
Con l'ibridazione sp sono stabiliti due orbitali "ibridi" dal orbitale puro 2s e tre orbitali puri 2p. In questo modo si formano due orbitali p puri che partecipano alla formazione di un triplo legame.
Per questo tipo di ibridazione, la molecola di acetilene (C 2 H 2 ) è presentata come un esempio, i cui legami formano angoli di 180 ° tra gli atomi e forniscono una geometria lineare.
Per questa struttura, esistono semplici collegamenti CH e CC (a causa degli orbitali sp) e un triplo collegamento CC (cioè due collegamenti pi dovuti ai p orbitali), per ottenere la configurazione con la minima repulsione elettronica.
