Legame in acetilene
Infine, il concetto orbitale ibrido si applica bene ai gruppi tripli legati, come alchini e nitrili. Si consideri, ad esempio, la struttura dell’etino (nome comune acetilene), l’alchino più semplice.
Questa molecola è lineare: tutti e quattro gli atomi si trovano in linea retta. Il triplo legame carbonio-carbonio è lungo solo 1,20 Å. Nell’immagine orbitale ibrida dell’acetilene, entrambi i carboni sono ibridati sp. In un carbonio ibridato sp, l’orbitale 2s si combina con l’orbitale 2px per formare due orbitali ibridi sp orientati ad un angolo di 180°l’uno rispetto all’altro (ad es. lungo l’asse x). Gli orbitali 2py e 2pz rimangono non ibridati e sono orientati perpendicolarmente lungo gli assi y e z, rispettivamente.
Il legame sigma C-C, quindi, è formato dalla sovrapposizione di un orbitale sp da ciascuno dei carboni, mentre i due legami sigma C-H sono formati dalla sovrapposizione del secondo orbitale sp su ciascun carbonio con un orbitale 1s su un idrogeno. Ogni atomo di carbonio ha ancora due orbitali 2py e 2pz semi-riempiti, che sono perpendicolari tra loro e alla linea formata dai legami sigma. Queste due coppie perpendicolari di orbitali p formano due legami pi tra i carboni, risultando in un triplo legame complessivo (un legame sigma più due legami pi).
Il concetto orbitale ibrido spiega bene un’altra osservazione sperimentale: i singoli legami adiacenti ai legami doppi e tripli sono progressivamente più corti e più forti dei singoli legami “normali”, come quello in un semplice alcano. Il legame carbonio-carbonio nell’etano (struttura A sotto) risulta dalla sovrapposizione di due orbitali sp3.
In alchene B, tuttavia, il legame singolo carbonio-carbonio è il risultato della sovrapposizione tra un orbitale sp2 e un orbitale sp3, mentre in alkyne C il legame singolo carbonio-carbonio è il risultato della sovrapposizione tra un orbitale sp e un orbitale sp3. Questi sono tutti singoli legami, ma il legame nella molecola C è più corto e più forte di quello in B, che è a sua volta più corto e più forte di quello in A.
La spiegazione qui è relativamente semplice. Un orbitale sp è composto da un orbitale s e un orbitale p, e quindi ha il 50% di carattere s e il 50% di carattere P. gli orbitali sp2, in confronto, hanno il 33% di carattere s e il 67% di carattere p, mentre gli orbitali sp3 hanno il 25% di carattere s e il 75% di carattere P. A causa della loro forma sferica, gli orbitali 2s sono più piccoli e tengono gli elettroni più vicini e “più stretti” al nucleo, rispetto agli orbitali 2p. Di conseguenza, i legami che coinvolgono sp + sp3 si sovrappongono (come nell’alchene C) sono più brevi e più forti dei legami che coinvolgono sp2 + sp3 si sovrappongono (come nell’alchene B). I legami che coinvolgono sp3-sp3overlap (come nell’alcano A) sono i più lunghi e più deboli del gruppo, a causa del carattere 75% ” p ” degli ibridi.