STÉRÉOCHIMIE Stéréochimie et liaison chimique
Hybridation des orbitales
Le remplacement des fonctions ϕ, construites sur les orbitales atomiques χ des atomes isolés, par des combinaisons linéaires ϕ′, est équivalent du point de vue formel à la construction d'orbitales moléculaires directement à partir d'orbitales atomiques χ′, combinaisons linéaires des orbitales initiales χ. Ces nouvelles orbitales, appelées hybrides, ne possèdent plus les éléments de symétrie des orbitales s, p, d, ..., appropriées aux problèmes atomiques, mais reflètent au contraire la symétrie générale de la molécule dans laquelle elles sont engagées. En particulier, les liaisons étant assurées désormais par des couples de telles orbitales, la densité électronique de chacune d'elles est concentrée le long de la ligne joignant le noyau porteur de cette orbitale au noyau voisin avec lequel il est lié. Par exemple, dans le méthane, les quatre orbitales non équivalentes 2s, 2px, 2py et 2 pz du carbone peuvent être remplacées par quatre hybrides de même nature dont la densité électronique sera concentrée en avant de l'atome de carbone dans la direction de l'hydrogène correspondant. On retrouve ainsi la notion classique de valence dirigée, essentielle à la conception de la stéréochimie.
Reliée à la symétrie de la molécule, la notion d'hybridation permet de classer les divers types de structure moléculaire : hybridation sp3, comme dans le méthane, avec quatre directions de valence dans l'espace ; hybridation sp2, comme dans les molécules planes, avec trois directions de valence coplanaires et une quatrième orbitale 2 p pure, d'axe perpendiculaire au plan de la molécule ; hybridation sp dans les molécules linéaires avec deux orbitales non hybridées ; hybridation sp3d2, comme dans les complexes des éléments de transition avec six directions de valence, etc. Cependant, il est important de remarquer que la prévision du type de structure ne peut être faite qu'à partir de considérations énergétiques et que les déductions intuitives conduisent parfois à des conclusions erronées. Rien n'assure, par exemple, que lorsqu'un atome est lié à quatre atomes de même nature, les quatre liaisons sont équivalentes. C'est vrai pour des molécules construites à partir d'un atome central léger comme le carbone (CH4, CCl4, etc.) mais inexact pour des atomes très lourds comme le thorium, l'uranium (ThCL4, UBr4, etc.). L'hybridation, ou, ce qui revient au même, la structure la plus symétrique, ne correspond pas nécessairement à l'édifice le plus stable. Toutefois, cette proposition est valable pour la plupart des molécules envisagées en chimie organique, d'où son utilité.
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Écrit par
- André JULG : professeur émérite à l'université de Provence
Classification
Média
Orbitales moléculaires
Encyclopædia Universalis France
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