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orbitales atomiques et moléculaires

Notion d’hybridation

Le carbone a pour structure électronique 1s² 2s² 2p² que l'on peut représenter sous forme de cases quantiques

pour mettre en évidence les électrons célibataires      qui sont au nombre de deux,

conduisant à deux liaisons.
On remplit les deux orbitales incomplètes, on obtient       le monoxyde de carbone.

Or nous savons que la chimie du carbone est basée sur la valence 4.

Il a donc été proposé un état excité du carbone, que l'on peut représenter par  
et dans lequel il y a bien quatre orbitales atomiques (OA) incomplètes autour du carbone.

Il y a donc 1 orbitale atomique s et 3 orbitales atomiques p et par exemple, la molécule CH₄ ne peut être totalement
symétrique (les 4 OA n'étant pas identiques).

Il a été proposé que les trois orbitales atomiques p et l’orbitale atomique s se combinent (s’hybrident) pour donner quatre
orbitales moléculaires (OM) dites sp³ (combinaison linéaire de 1 orbitale atomique s et de 3 orbitales atomiques p).

(1s²) 2s² 2p²    donnent    (1s²) 2s¹ 2p³    ou    (1s²) 2s² 2px¹, 2py¹ et 2pz⁰
à l'état excité on obtient    (1s²) 2s¹ 2px¹, 2py¹ et 2pz¹

par combinaison des 4 orbitales atomiques (s + 3p), on obtient :

      4 OM hybrides de même type nommées h¹, h'¹, h"¹ et h'"¹ (qui donnent des liaisons
      équivalentes de type σ) et la molécule CH₄ est donc parfaitement symétrique
      (plus de détails sont proposés dans la suite du cours).

      On attribut à cette interprétation l'acronyme anglais L.C.A.O. (combinaison linéaire
      d'orbitales atomiques).

      Au niveau énergétique, les orbitales s'hybrident et
      donnent 4 orbitales de même énergie qui est plus
      faible que celle des orbitales p et se situe entre
      l'énergie de l'orbitale s et les orbitales p.
      On observe que la somme des énergies des 3
      orbitales atomiques p et de l'orbitale s est toujours
      supérieure à l'énergie des 4 orbitales moléculaires
      hybrides obtenues par combinaison linéaire.