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Consideremos a molécula de CH4. Se nos concentrarmos apenas nos elétrons de valência, podemos representar o diagrama orbital do C como 2s 2p. Como o átomo de carbono tem dois elétrons desemparelhados (um em cada orbital 2p), pode formar apenas duas ligações com átomos de hidrogênio em seu estado fundamental. Embora a espécie CH2 seja conhecida, ela é muito instável. Para explicar a formação de quatro ligações COH no metano, podemos tentar promover (ou seja, excitar energeticamente) um elétron do orbital 2s para um dos orbitais 2p. Agora, no C há quatro elétrons desemparelhados que podem formar quatro ligações quatro C—H. A geometria, entretanto, não estaria correta; neste caso três dos ângulos de ligação MCM seriam de 90º (lembre-se de que os três orbitais 2p no átomo de carbono são perpendiculares entre si), mas experimentalmente observa-se que todos os ângulos são iguais a 109,5º. Para explicar as ligações no metano, a TLV utiliza orbitais híbridos hipotéticos, que são orbitais atômicos obtidos quando dois ou mais orbitais não equivalentes do mesmo átomo se combinam para a formação de ligações covalentes. Hibridização é o termo aplicado para descrever a combinação de orbitais atômicos de um átomo (geralmente um átomo central) para gerar uma série de orbitais híbridos. Podemos gerar quatro orbitais híbridos equivalentes para o carbono se combinarmos o orbital 2s e os três orbitais 2p.
Por que a hibridização sp3 é necessária para explicar a geometria e as ligações do metano (CH4)?

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11 1 Hibridização de orbitais atômicos

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A hibridização sp³ é necessária para explicar a geometria e as ligações do metano (CH4) porque: - No estado fundamental, o carbono tem apenas dois elétrons desemparelhados, podendo formar apenas duas ligações. - Ao promover um elétron do orbital 2s para o 2p, o carbono tem quatro elétrons desemparelhados, mas os orbitais 2p são perpendiculares, formando ângulos de 90°, o que não corresponde à geometria observada do metano. - A hibridização sp³ combina um orbital 2s com os três orbitais 2p, formando quatro orbitais híbridos equivalentes, orientados tetraedricamente. - Isso explica os quatro ângulos iguais de 109,5° e as quatro ligações equivalentes C–H no metano. Portanto, a hibridização sp³ é necessária para explicar a geometria tetraédrica e as quatro ligações equivalentes do metano.

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A teoria da ligação de valência (TLV) considera a ligação química covalente como uma sobreposição entre os orbitais atômicos dos elementos ligados entre si. Quando essa ligação ocorre em moléculas muito simples, como entre dois átomos de hidrogênio, para formar H2, ou entre um átomo de H e um de F para formar o ácido fluorídrico (HF), essa utilização dos orbitais atômicos puros explica muito bem a ligação química. No entanto, em moléculas um pouco mais complexas, há problemas de simetria entre os orbitais atômicos e os orbitais atômicos puros não conseguem se sobrepor. Nesse sentido, surge a hibridização, que nada mais é que a criação de um orbital híbrido entre os orbitais atômicos da camada de valência. Esses orbitais híbridos têm a geometria correta para fazer as sobreposições orbitalares.
O que é hibridização de orbitais atômicos e qual sua importância na explicação da geometria molecular em moléculas mais complexas?

A molécula de amônia (NH3) representa outro caso de hibridização sp3. A Tabela 10.1 mostra que o arranjo dos quatro pares de elétrons é tetraédrico. Assim sendo, as ligações na molécula NH3 podem ser explicadas admitindo-se que o N, de modo análogo ao C no CH4, apresenta uma hibridização sp3. A configuração eletrônica do N no estado fundamental é 1s22s22p3, e portanto o diagrama orbital para o átomo de N hibridizado é orbitais sp3. Três dos quatro orbitais híbridos formam ligações covalentes NOH e o quarto orbital híbrido acomoda o par de elétrons isolado do nitrogênio. A repulsão entre os elétrons do par isolado e os elétrons dos orbitais ligantes faz diminuir os ângulos HNH de 109,5º para 107,3º.
Como a hibridização sp3 explica a geometria da molécula de amônia (NH3) e a diferença nos ângulos de ligação HNH?

O modelo RPECV prevê que a molécula de cloreto de berílio (BeCl2) é linear. O diagrama orbital para os elétrons de valência do berílio é 2s 2p. Sabemos que o Be no estado fundamental não forma ligações covalentes com o Cl porque seus elétrons estão emparelhados no orbital 2s. Então, recorremos à hibridização para explicar o comportamento do Be na formação de ligações. Em primeiro lugar, promovemos um elétron 2s a um orbital 2p, e como resultado temos 2s 2p. Agora há dois orbitais do Be disponíveis para formar ligações, os orbitais 2s e 2p. Contudo, se dois átomos de cloro se ligassem ao Be nesse estado excitado, um deles iria compartilhar um elétron 2s e o outro, um elétron 2p, resultando na formação de duas ligações BeCl não equivalentes. Esse resultado contradiz a evidência experimental. Na molécula real de BeCl2, as duas ligações BeCl são idênticas sob todos os aspectos. Então é preciso considerar que os orbitais 2s e 2p se combinam ou se hibridizam para formar dois orbitais híbridos sp equivalentes.
Por que a hibridização sp é necessária para explicar a geometria linear e as ligações equivalentes na molécula de BeCl2?

Observemos em seguida a molécula de BF3 (trifluoreto de boro), para a qual o modelo RPECV prevê uma geometria planar. Considerando apenas os elétrons de valência, o diagrama orbital do B é 2s 2p. Em primeiro lugar, promovemos um elétron 2s para um orbital 2p vazio. A combinação do orbital 2s com os dois orbitais 2p gera três orbitais híbridos sp2. Esses três orbitais sp2 situam-se no mesmo plano, e o ângulo entre quaisquer desses dois orbitais é de 120º. Cada uma das ligações BF é formada pelo recobrimento de um orbital híbrido sp2 do boro com um orbital 2p do flúor. A molécula BF3 é plana com todos os ângulos FBF iguais a 120º.
Como a hibridização sp2 explica a geometria planar e os ângulos de ligação na molécula de BF3?

Para resumirmos a nossa discussão sobre o processo de hibridização, salientamos que: 1. O conceito de hibridização não se aplica aos átomos isolados. É um modelo teórico utilizado apenas para explicar a ligação covalente. 2. A hibridização é o processo de combinação de, pelo menos, dois orbitais atômicos não equivalentes, por exemplo, orbitais s e p. Portanto, um orbital híbrido não é um orbital atômico puro. Os orbitais híbridos e os orbitais atômicos puros têm formatos muito diferentes. 3. O número de orbitais híbridos gerado é igual ao número de orbitais atômicos puros que participam no processo de hibridização. 4. O processo de hibridização requer energia; contudo, além de o sistema recuperar essa energia durante a formação de ligações químicas, ainda sobra uma parte que é liberada. 5. Em moléculas e íons poliatômicos, as ligações covalentes formam-se pelo recobrimento de orbitais híbridos ou de orbitais híbridos e orbitais atômicos puros.
Quais são as principais características e regras do processo de hibridização de orbitais atômicos?
O conceito de hibridização não se aplica aos átomos isolados.
A hibridização é a combinação de pelo menos dois orbitais atômicos não equivalentes.
O número de orbitais híbridos gerado é igual ao número de orbitais atômicos puros que participam.
O processo de hibridização requer energia, mas a formação de ligações libera energia.
As ligações covalentes em moléculas poliatômicas formam-se pelo recobrimento de orbitais híbridos ou híbridos e puros.

Levando em consideração o vácuo existente na TLV e a complementação disso pela possibilidade de hibridização de orbitais atômicos, julgue as afirmacoes a seguir:
É correto o que se afirma em:
I. A TLV utiliza orbitais híbridos hipotéticos, que são orbitais atômicos obtidos quando dois ou mais orbitais não equivalentes do mesmo átomo se combinam para a formação de ligações covalentes.
II. Um sp3 é um orbital híbrido entre três orbitais p e um s. Esse orbital tem ângulo de 120o entre as ligações.
III. Um orbital sp3d tem geometria igual à dos pares de elétrons bipirâmide trigonal, com ângulos de 120o e 90o.
A) I.
B) II.
C) I e II.
D) I e III.
E) I, II e III.

Sobre a geometria molecular e a hibridização do composto PBr5, julgue as afirmações a seguir:
É correto o que se afirma em:
I. Tem geometria molecular bipirâmide trigonal.
II. O fósforo tem hibridização sp3d.
III. Tem um par de elétrons isolado no elemento central.
A) I.
B) II.
C) III.
D) I e II.
E) I, II e III.

Sobre as sobreposições orbitalares observadas na molécula do BF3 representada a seguir,
assinale a alternativa correta.
A) As ligações B-F são feitas entre um orbtal p e um orbital híbrido sp2.
B) As ligações B-F são feitas entre dois orbitais híbridos sp2.
C) As ligações B-F são feitas entre dois orbitais atômicos p.
D) As ligações B-F são feitas entre um orbtal p e um orbital híbrido sp3.
E) As ligações B-F são feitas entre um orbtal p e um orbital híbrido sp.