Hibridização sp3 do carbono

Hibridização sp³ do carbono é um fenômeno físico no qual os três subníveis do tipo p, localizados no segundo nível, unem-se a um subnível do tipo s, também localizado no segundo nível.

A hibridização sp³ é comum em moléculas nas quais o carbono está realizando 4 ligações sigmas com outros quatro átomos (independente do elemento), como, por exemplo, na molécula de metano:

Fórmula estrutural do metano

O carbono realiza apenas quatro ligações porque sofre o fenômeno da hibridização, pois o número de ligações que um átomo realiza está diretamente relacionado com o número de orbitais incompletos. Como em um átomo de carbono existem apenas dois orbitais incompletos, ele deveria fazer fazer apenas 2 ligações.

1- Configuração eletrônica do carbono

Um átomo de carbono apresenta número atômico 6 e sua distribuição eletrônica, no diagrama de Linus Pauling, é assim realizada:

Distribuição eletrônica do carbono no diagrama de Linus Pauling

Através da distribuição eletrônica do carbono, observamos que na sua camada de valência (segundo nível) existem 2 elétrons no subnível s e 2 elétrons no subnível p.

2- Representações dos orbitais no carbono

Abaixo temos uma representação didática dos orbitais e dos elétrons presentes em cada um dos subníveis da camada de valência de um átomo de carbono:

Representação dos orbitais dos subníveis da camada de valência do carbono

Como apresentado na figura, na camada de valência do carbono existe um orbital do subnível s completo (com dois elétrons), enquanto que no subnível p há dois orbitais incompletos (cada um com um elétron) e 1 completamente vazio.

Os orbitais dos subníveis s e p podem ainda ser representados através de formas geométricas: esfera, no caso do subnível s; hélices, no caso do subnível p.

Desenho dos orbitais dos subníveis da camada de valência do carbono

Podemos observar na imagem que apenas dois orbitais p foram representados por hélices, pois um dos orbitais p está vazio.

3- Hibridização sp³ do carbono

Quando um átomo de carbono vai se ligar a outros quatro átomos, através de ligações sigma, recebe, inicialmente, energia do meio externo, fazendo com que um dos elétrons localizados no orbital do subnível s seja deslocado para o orbital vazio do subnível p (denominado estado excitado):

Mudança do orbital s para o orbital p, de um elétron do carbono

Em seguida, os três orbitais do subnível p unem-se ao orbital do subnível s, resultando então em novos quatro orbitais, que são denominados orbitais híbridos sp³.

Desenho dos orbitais híbridos sp³ do carbono

Os orbitais híbridos possuem um formato diferente dos orbitais que os originaram.