10.4 Hibridisasi Orbital Atom

Hibridisasi  sp³

Perhatikan molekul CH₄. Jika kita berfokus hanya pada elektron valensi, maka dapat direpresentasikan diagram orbital C sebagai berikut

Karena atom karbon memiliki dua elektron yang tidak berpasangan (satu di masing-masing dari dua orbital 2p), ia hanya dapat membentuk dua ikatan dengan hidrogen pada keadaan dasarnya. Meskipun spesi CH₂ diketahui, sangat tidak stabil. Untuk menjelaskan empat ikatan C-H dalam metana, kita dapat mencoba memindahkan elektron dari orbital 2s ke orbital 2p:

Sekarang ada empat elektron tidak berpasangan pada C yang dapat membentuk empat ikatan C-H. Namun, geometri itu salah, karena tiga dari sudut ikatan HCH harus 90°, namun semua sudut HCH adalah 109,5 °.

Untuk menjelaskan ikatan dalam metana, teori VB menggunakan hipotesis orbital hibrida, yang merupakan orbital atom yang diperoleh ketika dua orbital nonekivalen dari atom yang sama bergabung dalam persiapan pembentukan ikatan kovalen. Hibridisasi adalah istilah yang diterapkan pada pencampuran orbital atom dalam atom (biasanya atom pusat) untuk menghasilkan seperangkat orbital hibrida. Kita dapat menghasilkan empat orbital hibrida ekivalen untuk karbon dengan mencampurkan orbital 2s dan tiga orbital 2p:

Karena empat orbital baru terbentuk dari satu orbital s  dan tiga orbital p, keempat orbital disebut orbital hibrida sp³. Jadi CH₄ memiliki bentuk tetrahedral, dan semua sudut HCH adalah 109,5°.

Hibridisasi sp

Molekul berilium klorida (BeCl₂) diperkirakan linear dengan VSEPR. Diagram orbital untuk elektron valensi di Be adalah

Kita tahu bahwa dalam keadaan dasar Be tidak membentuk ikatan kovalen dengan Cl karena elektronnya dipasangkan dalam orbital 2s. Jadi kita beralih ke hibridisasi untuk penjelasan tentang perilaku ikatan Be. Pertama, kita memindahkan elektron 2s ke orbital 2p, menghasilkan

Sekarang ada dua orbital Be yang tersedia untuk pengikatan, 2s dan 2p. Namun, jika dua atom Cl bergabung dengan Be dalam keadaan tereksitasi ini, satu atom Cl akan berbagi elektron 2s dan atom Cl lainnya akan berbagi elektron 2p, membuat dua ikatan BeCl yang tidak ekivalen. Skema ini bertentangan dengan bukti eksperimen. Dalam molekul BeCl₂ yang sebenarnya, dua ikatan BeCl identik dalam segala hal. Dengan demikian, orbital 2s dan 2p harus dicampur, atau dipadukan, untuk membentuk dua orbital hibrida sp yang setara:

Hibridisasi sp²

Selanjutnya kita akan mempelajari molekul BF₃ (boron trifluorida), yang diketahui memiliki geometri planar. Mempertimbangkan hanya elektron valensi, diagram orbital B adalah

 
Pertama, kita pindahkan elektron 2s ke orbital 2p kosong:

Mencampur orbital 2s dengan dua orbital 2p menghasilkan tiga orbital hibrida sp²:

 

Ketiga orbital sp² ini terletak di bidang yang sama, dan sudut di antara keduanya adalah 120 ° (Gambar 10.12). Masing-masing ikatan BF dibentuk oleh tumpang tindih dari orbital hibrida sp² boron dan orbital 2p fluorin (Gambar 10.13). Molekul BF₃ adalah planar dengan semua sudut FBF sama dengan 120°. Hasil ini sesuai dengan temuan eksperimen dan juga untuk prediksi VSEPR.

Berikut ringkasan tentang hibridisasi:

1. Konsep hibridisasi tidak diterapkan pada atom yang terisolasi. Ini adalah model teoritis yang hanya digunakan untuk menjelaskan ikatan kovalen.
2. Hibridisasi adalah pencampuran setidaknya dua orbital atom yang tidak ekivalen, misalnya orbital s dan p. Oleh karena itu, orbital hibrida bukanlah orbital atom murni. Orbital hibrida dan orbital atom murni memiliki bentuk yang sangat berbeda.
3. Jumlah orbital hibrida yang dihasilkan sama dengan jumlah orbital atom murni yang berpartisipasi dalam proses hibridisasi.
4. Hibridisasi membutuhkan input energi; Namun, sistem lebih dari memulihkan energi ini selama pembentukan ikatan.
5. Ikatan kovalen dalam molekul dan ion poliatomik dibentuk oleh tumpang tindih orbital hibrida, atau orbital hibrida dengan orbital yang tidak terhibridisasi. Oleh karena itu, skema ikatan hibridisasi masih dalam kerangka teori ikatan valensi; elektron dalam molekul diasumsikan menempati orbital hibrida dari masing-masing atom.

Tabel 10.4 merangkum hibridisasi

Prosedur untuk Hibridisasi Atom-Atom

Intinya, hibridisasi hanya memperluas teori Lewis dan model VSEPR. Untuk menetapkan keadaan hibridisasi yang sesuai dengan atom pusat dalam suatu molekul, kita harus memiliki beberapa gagasan tentang geometri molekul tersebut. Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:

1. Gambar struktur molekul Lewis.
2. Prediksi pengaturan keseluruhan pasangan elektron (baik pasangan ikatan dan pasangan bebas) menggunakan model VSEPR (lihat Tabel 10.1).
3. Buat hibridisasi atom pusat dengan mencocokkan pengaturan pasangan elektron dengan orbital hibrida yang ditunjukkan pada Tabel 10.4.