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Université · 15 min

Mélanger des orbitales s et p : hybrides sp, sp² et sp³

Changer le type d’hybridation et observer comment une orbitale s et des orbitales p se réorganisent en lobes équivalents pointant en ligne, en triangle ou en tétraèdre.

Lobes 3D d’orbitales hybrides autour d’un atome central : deux lobes opposés pour sp, trois à 120° pour sp², quatre tétraédriques pour sp³, optionnellement coiffés par les atomes voisins.

Objectif

Associer chaque hybridation (sp, sp², sp³) à une géométrie moléculaire et à un composé du carbone : éthyne, éthène, méthane.

Matériel et réactifs

Une orbitale s et jusqu’à trois orbitales p d’un atome de carbone ; « atoms » coiffe chaque lobe hybride d’un voisin lié.

Procédure

  1. Commencer par sp³ et compter les quatre lobes ; tourner jusqu’à reconnaître le tétraèdre de CHX4\ce{CH4}.
  2. Passer à sp² : les trois lobes s’aplatissent dans un plan à 120°, comme les liaisons de CX2HX4\ce{C2H4} ; imaginer l’orbitale p restante perpendiculaire à ce plan.
  3. Passer à sp : deux lobes pointent en directions opposées, la géométrie de CX2HX2\ce{C2H2} ou COX2\ce{CO2}.
  4. Basculer l’affichage des atomes voisins et vérifier que l’axe de chaque lobe correspond à une direction de liaison.

À observer

  • sp donne une ligne à 180°, sp² un arrangement trigonal plan à 120°, sp³ un tétraèdre à 109,5° — les hybrides pointent toujours aussi loin que possible les uns des autres.
  • Chaque hybride conserve un petit lobe opposé ; le grand lobe concentre la densité là où la liaison se forme.
  • Le nombre d’orbitales hybrides égale toujours le nombre d’orbitales atomiques mélangées : 1s + 1p → 2, 1s + 2p → 3, 1s + 3p → 4.

Explication

L’hybridation recombine les orbitales de l’atome en nouvelles orbitales équivalentes qui maximisent le recouvrement le long des liaisons. Mélanger un s avec kk orbitales p donne k+1k+1 hybrides dont les géométries idéales découlent de la symétrie : sp linéaire, sp² trigonale plane, sp³ tétraédrique. Les orbitales p non hybridées restantes (deux pour sp, une pour sp²) forment les liaisons π des liaisons doubles et triples — premier pas des orbitales monoélectroniques vers les descriptions par orbitales moléculaires et Hartree–Fock.

Chimistes associés

Linus Pauling

Sujets liés

Équation de Schrödinger, approximation de Born–OppenheimerOrbitales, configuration électronique, nombres quantiques

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