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Dans cet article, nous allons parler de l'hybridation des liaisons et de la façon dont les orbitales s'hybrident pour former différents types de liaisons.
- Cet article traite de l'hybridation des liaisons.
- Tout d'abord, nous examinerons la définition de l'hybridation.
- Ensuite, nous verrons l'hybridation d'une seule liaison.
- Nous expliquerons ensuite pourquoi les liaisons pi sont importantes dans l'hybridation.
- Ensuite, nous discuterons de l'hybridation à double et triple liaison .
- Enfin, nous examinerons les angles de liaison dans différents types de molécules hybrides.
Définition de l'hybridation
Il existe deux théories qui décrivent comment les liaisons sont faites et à quoi elles ressemblent. La première est la théorie de la liaison de valence. Elle stipule que deux orbitales, chacune avec un électron, se chevauchent pour former une liaison. Lorsque les orbitales se chevauchent directement, on parle de liaison σ et un chevauchement latéral est une liaison π.
Cependant, cette théorie n'explique pas parfaitement tous les types de liaisons, c'est pourquoi lathéorie de l'hybridation a été créée.
On parle d'hybridation orbitale lorsque deux orbitales se "mélangent" et ont désormais les mêmes caractéristiques et la même énergie, de sorte qu'elles peuvent se lier.
Ces orbitales peuvent être utilisées pour créer des liaisons pi d'hybridation et des liaisons sigma. Les orbitales s-, p- et d peuvent toutes être mélangées pour créer ces orbitales hybridées.
Hybridation à une seule liaison
Le premier type d'hybridation est l'hybridation à une seule liaison ou hybridation sp3
L'hybridationsp3(hybridation à une seule liaison) implique le "mélange" de 1 orbitale s- et de 3 orbitales p en 4orbitales sp3. Cela permet de former 4 liaisons simples d'énergie égale.
Pourquoi cette hybridation est-elle nécessaire ? Examinons le CH4 (méthane) et voyons pourquoi l'hybridation explique mieux la liaison que la théorie de la liaison de valence.
Voici à quoi ressemblent les électrons de valence (les plus externes) du carbone :
Dans le CH4, le carbone établit 4 liaisons égales. Cependant, d'après le diagramme, on ne comprend pas pourquoi c'est le cas. Non seulement deux des électrons sont déjà appariés, mais ces électrons se trouvent à un niveau d'énergie différent des deux autres. Le carbone forme plutôt 4 orbitales sp3 de sorte qu'il y a 4 électrons prêts à être liés au même niveau d'énergie.
Maintenant que les orbitales ont été hybridées, le carbone peut établir quatre liaisons σ avec l'hydrogène. CH4 ainsi que toutes les molécules hybridées sp3 forment la géométrie tétraédrique .
L'orbitale sp3 du carbone et l'orbitale s de l'hydrogène se chevauchent pour former une liaison σ (liaison simple). Cette géométrie est appelée tétraédrique et ressemble à un trépied.
Les orbitales sp3 du carbone forment quatre liaisons σ égales (liaisons simples) en se chevauchant avec chaque orbitale s de l'hydrogène. Chaque paire qui se chevauche contient 2 électrons, un de chaque orbitale.
Hybridation des liaisons pi
Comme mentionné précédemment, il existe deux types de liaisons : les liaisons σ- et les liaisons π. Les liaisons Π sont causées par le chevauchement latéral des orbitales. Lorsqu'une molécule forme une double liaison, l'une des liaisons sera une liaison σ, et l'autre une liaison π. Pour les triples liaisons, deux seront une liaison π et l'autre une liaison σ.
Les liaisons Π se présentent également par paires. Comme les orbitales p ont deux "lobes", si celle du haut se chevauche, celle du bas le fera aussi. Cependant, elles sont toujours considérées comme une seule liaison.
On voit ici comment les orbitales p se chevauchent pour former les liaisons π. Ces liaisons sont présentes à la fois dans l'hybridation à double et triple liaison, il est donc utile de comprendre à quoi elles ressemblent par elles-mêmes.
Hybridation à double liaison
Le deuxième type d'hybridation est l'hybridation à double liaison ou hybridation sp2 .
L'hybridationsp2(hybridationdouble liaison) implique le "mélange" de 1 orbitale s et de 2 orbitales p en 3 orbitales sp2 . Les orbitales hybrides sp2 forment des orbitales s- et p-. Les orbitales hybrides sp2 forment 3 liaisons σ égales et les orbitales p non hybridées forment la liaison π.
Le carbone hybride 1 orbitale 2s et 2 orbitales 2p pour former 3 orbitales sp2, laissant une orbitale 2p non hybridée. StudySmarter OriginalL'orbitale 2p est laissée non hybridée pour former la liaison C=C π. Les liaisons Π ne peuvent être formées qu'avec des orbitales d'énergie "p" ou supérieure, c'est pourquoi elles sont laissées intactes. De plus, les orbitales 2sp2 ont une énergie inférieure à celle de l'orbitale 2p, puisque le niveau d'énergie est une moyenne des niveaux d'énergie s et p.
Voyons à quoi ressemblent ces liaisons :
Les orbitales sp2 du carbone se superposent à l'orbitale s de l'hydrogène et à l'orbitale sp2 de l'autre carbone pour former des liaisons simples (σ). Les orbitales p du carbone non hybridées se chevauchent pour former l'autre liaison de la double liaison carbone-carbone (liaison π).
Comme précédemment, les orbitales hybridées du carbone (ici les orbitales sp2 ) se chevauchent avec l'orbitale s de l'hydrogène pour former des liaisons simples. Les orbitales p du carbone se chevauchent pour former la deuxième liaison de la double liaison carbone-carbone (liaison π). La liaison π est représentée en pointillé car les électrons de la liaison se trouvent dans les orbitales p, et non dans les orbitales sp2 comme indiqué.
Hybridation des triples liaisons
Enfin, examinons l'hybridation des triples liaisons (hybridation sp).
L'hybridationsp (hybridation triple liaison) est le "mélange" d'une orbitale s et d'une orbitale p pour former 2 orbitales sp. Les deux orbitales p restantes forment la liaison π qui sont les deuxième et troisième liaisons au sein de la triple liaison.
Le carbone forme 2 orbitales sp à partir d'une orbitale s et d'une orbitale p. Plus une orbitale est de caractère s, plus elle est importante. Plus une orbitale a un caractère s, plus son énergie est faible. Les orbitales sp ont donc l'énergie la plus faible de toutes les orbitales sp-hybridées.
Les deux orbitales p non hybridées serviront à la formation des liaisons π.
Voyons voir ce lien en action !
Les orbitales sp du carbone forment une seule liaison (σ) en se chevauchant avec les orbitales s de l'hydrogène et l'orbitale sp de l'autre carbone. Les orbitales p non hybridées forment 1 liaison π chacune pour former la deuxième et la troisième liaison dans la triple liaison carbone-carbone. StudySmarter Original.
Comme précédemment, les orbitales hybridées du carbone se superposent à l'orbitale s de l'hydrogène et à l'orbitale hybridée de l'autre carbone pour former des liaisons σ. Les orbitales p non hybridées se chevauchent pour former des liaisons π (représentées par la ligne pointillée).
Hybridation sp3, sp et sp2 et angles de liaison
Chaque type d'hybridation a sa propre géométrie. Les électrons se repoussant les uns les autres, chaque géométrie maximise la distance entre les orbitales.
Le premier type d'hybridation est celui des orbitales à liaison simple/sp3, qui ont une géométrie tétraédrique :
Les orbitales hybridées Sp3/liaison simple forment la géométrie tétraédrique. Les liaisons sont espacées de 109,5 degrés. StudySmarter Original.
Dans un tétraèdre, les longueurs et les angles de liaison sont tous identiques. L'angle de liaison est de 109,5°. Les trois orbitales inférieures sont toutes sur un même plan, l'orbitale supérieure étant collée vers le haut. La forme est similaire à celle d'un trépied d'appareil photo.
Ensuite, les orbitales hybridées double liaison/sp2 forment la géométrie planaire trigonale :
Les orbitales hybridées Sp2/double liaison ont la géométrie planaire trigonale. L'angle de liaison est de 120 degrés. StudySmarter Original.
Lorsque nous étiquetons la géométrie d'une molécule, nous nous basons sur la géométrie de l'atome central . Lorsqu'il n'y a pas d'atome central principal, nous étiquetons la géométrie en fonction de l'atome central que nous choisissons. Ici, , nous considérons chaque carbone comme un atome central, ces deux carbones ont une géométrie planaire trigonale.
La géométrie planaire trigonale a la forme d'un triangle, chaque élément se trouvant sur le même plan. L'angle de liaison est de 120°. Dans cet exemple, nous avons deux triangles qui se chevauchent, chaque carbone étant au centre de son propre triangle. Les molécules hybridées Sp2 auront deux formes trigonales planes en leur sein, les éléments de la double liaison étant leur propre centre.
Enfin, nous avons les orbitales hybridées triple liaison/sp, qui forment lagéométrie linéaire:
Les orbitales hybridées à triple liaison/sp forment la géométrie linéaire. Les angles des liaisons sont de 180 degrés. StudySmarter Original.
Comme pour l'exemple précédent, cette géométrie concerne les deux éléments de la triple liaison. Chaque carbone a une géométrie linéaire, il a donc des angles de liaison de 180° entre lui et ce à quoi il est lié. Les molécules linéaires ont, comme leur nom l'indique, la forme d'une ligne droite.
En résumé :
| Type d'hybridation | Type de géométrie | Angle de liaison |
| sp3/simple liaison | Tétraédrique | 109.5° |
| sp2/liaison double | Plan trigonal (pour les deux atomes d'une double liaison) | 120° |
| sp/triple-liaison | Linéaire (pour les deux atomes d'une triple liaison) | 180° |
Hybridation des liaisons - Principaux points à retenir
- On parle d'hybridation orbitale lorsque deux orbitales se "mélangent" et ont désormais les mêmes caractéristiques et la même énergie, de sorte qu'elles peuvent se lier.
- Lorsque les orbitales se chevauchent directement, on parle de liaison σ et un chevauchement latéral est une liaison π.
- L'hybridationSp3(hybridation à liaison unique) implique le "mélange" de 1 orbitale s et de 3 orbitales p en 4orbitales sp3. Cela permet de former 4 liaisons simples d'énergie égale.
- L'hybridationSp2(hybridationà double liaison) implique le "mélange" de 1 orbitale s et de 2 orbitales p en 3 orbitales sp2 . Les orbitales sp2hybrides sont des orbitales qui ont une énergie égale à celle de la liaison simple. Les orbitales sp2hybridesforment 3 liaisons σ égales et les orbitales p non hybridées forment la liaison π.
- L'hybridationsp (hybridation à triple liaison) est le "mélange" d'une orbitale s et d'une orbitale p pour former 2 orbitales sp. Les deux orbitales p restantes forment la liaison π qui sont les deuxième et troisième liaisons au sein de la triple liaison.
- Les molécules hybridées sp3 ont une géométrie tétraédrique (angle de liaison de 109,5°), tandis que les molécules hybridées sp2 ont une géométrie planaire trigonale (angle de liaison de 120°), et les molécules hybridées sp ont une géométrie linéaire (angle de liaison de 180°).
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