Graduação
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Hibridização


Hibridização é um conceito da química utilizado para prever e explicar a geometria e as propriedades das moléculas. Desenvolvido no início do século XX, o conceito ajuda a explicar como os orbitais atômicos se misturam para formar novos orbitais híbridos equivalentes durante a formação de ligações químicas. A ideia de hibridização é importante para explicar as formas e ligações das moléculas em uma variedade de substâncias.

Entendendo orbitais atômicos

Antes de mergulhar na hibridização, é importante entender o que são orbitais atômicos. Orbitais atômicos são as regiões onde os elétrons provavelmente serão encontrados ao redor do núcleo de um átomo. Estes orbitais são denominados como s, p, d e f dependendo de suas formas e níveis de energia.

- O orbital s é esférico. - Os orbitais p têm forma de halteres e são orientados ao longo dos eixos x, y e z. - Os orbitais d e f têm formas mais complexas.

Em um átomo, os elétrons preenchem esses orbitais de acordo com o princípio de Aufbau, a regra de Hund e o princípio de exclusão de Pauli. Quando os átomos se juntam para formar moléculas, seus orbitais atômicos se combinam, ou hibridizam, para formar novos orbitais que afetam a forma e a energia da molécula.

O que é hibridização?

Hibridização é o processo de combinação de orbitais atômicos em novos orbitais híbridos que são adequados para emparelhar elétrons para formar ligações químicas nas moléculas. Este processo permite que o átomo forme ligações químicas mais fortes e estáveis.

Em geral, a hibridização envolve a mistura de orbitais no mesmo átomo, em vez de em átomos diferentes. Diferentes tipos de hibridização são nomeados com base nas características dos novos orbitais. Tipos comuns incluem:

  • sp
  • sp 2
  • sp 3
  • sp 3 d
  • sp 3 d 2

Hibridização em metano: Um exemplo de hibridização sp 3

Vamos pegar o exemplo do metano (CH 4) para entender como a hibridização funciona. O metano tem um átomo de carbono ligado a quatro átomos de hidrogênio. Em seu estado básico, o carbono tem um orbital 2s e três orbitais 2p.

Configuração eletrônica do estado fundamental do carbono: 1s 2 2s 2 2p 2

Para formar quatro ligações equivalentes com o hidrogênio, o carbono sofre hibridização sp 3. Neste processo, o orbital 2s combina-se com todos os três orbitais 2p para formar quatro orbitais híbridos sp 3 equivalentes.

Cada orbital híbrido sp 3 = (1s + 3p)
C H H

Cada um desses orbitais híbridos sp 3 se sobrepõe com o orbital 1s do átomo de hidrogênio, formando quatro ligações σ (sigma), que são iguais em energia e tamanho. Isso dá ao metano uma geometria tetraédrica com um ângulo de ligação de cerca de 109,5 graus.

Outros tipos de hibridização

Hibridação sp na acetileno

O acetileno (C 2 H 2) é um exemplo clássico de hibridização sp. Nesta molécula, cada átomo de carbono está ligado a um hidrogênio e a outro átomo de carbono. Aqui, o átomo de carbono sofre hibridização sp combinando um orbital 2s e um orbital 2p para produzir dois orbitais híbridos sp.

Cada orbital híbrido sp = (1s + 1p)

Os orbitais híbridos sp formam uma ligação σ com o hidrogênio e outra ligação σ entre os dois átomos de carbono. Os orbitais 2p que não foram hibridizados formam duas ligações π (pi), dando ao acetileno uma forma linear com um ângulo de ligação de 180 graus.

Hibridação sp 2 no eteno

O eteno (C 2 H 4), ou etileno, mostra hibridização sp 2. Cada átomo de carbono no eteno está ligado a dois átomos de hidrogênio e a outro átomo de carbono. Isso é alcançado combinando um orbital 2s com dois orbitais 2p para formar três orbitais híbridos sp 2.

Cada orbital híbrido sp 2 = (1s + 2p)

No eteno, os orbitais híbridos sp 2 participam na ligação σ com os átomos de hidrogênio e os outros carbonos. Os orbitais 2p não hibridizados restantes em cada carbono se sobrepõem lateralmente para formar uma ligação π, resultando em uma estrutura plana com um ângulo de ligação de 120 graus.

H H C C

Hibridização sp 3 d no pentacloreto de fósforo

O pentacloreto de fósforo (PCl 5) é um bom exemplo de hibridização sp 3 d. Nesta molécula, o fósforo é rodeado por cinco átomos de cloro. O orbital 3s, três orbitais 3p e um orbital 3d do fósforo combinam-se para formar cinco orbitais híbridos sp 3 d iguais.

Cada orbital híbrido sp 3 d = (1s + 3p + 1d)

Estes orbitais híbridos se organizam em uma estrutura bipiramidal trigonal, onde três dos cloros estão na posição equatorial com um ângulo de 120°, e dois dos cloros estão na posição axial com um ângulo de 180°.

Hibridização sp 3 d 2 no hexafluoreto de enxofre

Um exemplo de hibridização sp 3 d 2 é visto no hexafluoreto de enxofre (SF 6). Neste composto, o enxofre forma seis ligações usando os orbitais 3s, 3p e dois 3d, formando seis orbitais híbridos sp 3 d 2 equivalentes.

Cada orbital híbrido sp 3 d 2 = (1s + 3p + 2d)

Estes estão organizados em uma geometria octaédrica onde todos os ângulos de ligação são 90 graus. Esta estrutura é altamente simétrica, o que confere ao SF 6 suas propriedades únicas.

Importância da hibridização

O conceito de hibridização é importante para compreender a geometria molecular e a ligação. Ele permite:

  • Previsão de ângulos de ligação e formas moleculares.
  • Compreender a equivalência de ligações em moléculas, como o metano.
  • Explicar as propriedades de compostos complexos, como complexos de metais de transição.

Embora existam diversos métodos de teorias de ligação química, a hibridização fornece uma maneira simples de visualizar e prever a estrutura molecular e as interações.

Limitações da hibridização

Embora a hibridização seja um conceito útil na química geral, ela tem suas limitações. Muitas vezes não é aplicável a:

  • Moléculas com características não covalentes.
  • Metais de transição (devido às interações complexas dos elétrons).
  • Compostos envolvendo elementos mais pesados, onde efeitos relativísticos são importantes.

Métodos avançados, como a teoria do orbital molecular e a teoria da ligação de valência, podem fornecer descrições mais precisas para esses sistemas.

Conclusão

A hibridização é um conceito fundamental na química que nos ajuda a entender como os átomos se ligam e se organizam em espaço tridimensional. Através de exemplos como metano, acetileno e pentacloreto de fósforo, podemos apreciar a variedade de estruturas que surgem deste processo de mistura de orbitais atômicos. Embora possa ter suas limitações, a hibridização permanece uma parte essencial da caixa de ferramentas do químico para entender o mundo molecular.


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