Hibridizacija orbital

Hibridizácija je v kemiji linearna kombinacija atomskih orbital približno enake energije, pri čemer se tvorijo hibridne ali hibridizirane orbitale. Hibridne oribtale so enakega energijskega nivoja in imajo posebno geometrično razvrstitev.

Teorija hibridizacije je posledica nezmožnosti njenih predhodnih teorij razlage molekul, kot je denimo metan (CH₄).

Elektronska konfiguracija ogljika je 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹, oziroma, če to narišemo:
${\displaystyle C\quad {\frac {\uparrow \downarrow }{1s}}\;{\frac {\uparrow \downarrow }{2s}}\;{\frac {\uparrow \,}{2p_{x}}}{\frac {\uparrow \,}{2p_{y}}}{\frac {\,\,}{2p_{z}}}}$

Teorija valenčnih vezi bi predvidela, glede na dve napol napolnjeni orbitali (2p_x in 2p_y), da C tvori dve kovalentni vezi. CH₂ pa sploh ne obstaja, in ta teorija ne more predvideti eksperimentalno dokazanega obstoja molekule CH₄.

Med tvorbo vezi se sprošča energija, ki omogoča enemu elektronu iz 2s prehod v orbitalo 2p_z (vzbujeno stanje), kar privede do sledeče elektronske razvrstitve:
${\displaystyle C^{*}\quad {\frac {\uparrow \downarrow }{1s}}\;{\frac {\uparrow \,}{2s}}\;{\frac {\uparrow \,}{2p_{x}}}{\frac {\uparrow \,}{2p_{y}}}{\frac {\uparrow \,}{2p_{z}}}}$

Običajno orbitale 2s in 2p nimajo enake energije, vendar pa so poskusi pokazali, da so vse vezi v CH₄ enake, in imajo tedaj enako energijo. Govorimo lahko o hibridnih atomskih orbitalah sp³. Hibridizacija je tipa sp³, ker je energijski nivo s¹ + p¹ + p¹ + p¹; seštevek zgornjih števil da vrednost sp³ (beri: »es pe tri«).

V CH₄ se štiri hibridne orbitale sp³ frontalno prekrivajo z vodikovimi orbitalami s, kar so štiri vezi sigma (σ). Oblika je tetraedrična.

se udejanji kot

Podobno se lahko razloži druge molekule, na primer eten (C₂H₄). Dva ogljikova atoma sta hibridizirana (sp²); orbitala 2p_z¹ ni hibridna. Hibridni orbitali vsakega ogljikovega atoma se frontalno prekrivata z orbitalami s vodika, ena hibridna orbitala se frontalno prekriva s hibridno orbitalo drugega C-atoma (skupaj imamo torej pet vezi sigma), orbitali 2p_z pa se prekrivata stransko in tvorita vez pi (π). Oblika vsakega dela molekule je trikotna ravninska.