Hibridação sp2

Moléculas Poliatómicas
Hibridação sp₂: BH₃

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O boro (configuração electrónica 2s²2p¹) tem quatro orbitais de valência e apenas três electrões para as preencher. Assim, tem capacidade de estabelecer três ligações covalentes «normais» - e uma ligação covalente dativa nos casos em que se liga a elementos com orbitais totalmente preenchidas (os pares de electrões não partilhados).

A molécula de BH₃ é uma molécula que apresenta geometria triangular plana em que o boro estabelece três ligações equivalentes com os átomos de hidrogénio. Na descrição pela teoria de orbitais moleculares do BH₃, obtém-se sete orbitais moleculares de valência por combinação linear das orbitais atómicas de valência dos átomos constituintes. Considerando o plano da molécula o plano XY, o critério da sobreposição espacial indica que não é possível combinar a orbital 2p_z do B com as orbitais 1s do hidrogénio uma vez que a sua sobreposição é nula. Assim, a orbital de simetria π OM4 do BH₃ é uma orbital não ligante, que corresponde à orbital atómica 2p_z do B, e as restantes seis orbitais moleculares, de simetria σ, são obtidas por combinação linear das orbitais 2s, 2p_x e 2p_y do boro com as orbitais 1s dos hidrogénios como indicado na equação 1. As três orbitais de menor energia estão ocupadas pelos seis electrões de valência da molécula.

ψ_i= c_i1 φ_2s (B) + c_i2 φ_2px (B) + c_i3 φ_2py (B) + ci₄ φ_1s H₍₁₎ + ci₅ φ_1sH₍₂₎ + ci₆ φ_1sH₍₃₎ (eq.1)

A mistura s-p nas OM do BH₃ traduz-se, na linguagem do enlace de valência, na hibridação sp₂ atribuída ao boro no BH₃. As orbitais híbridas de valência do boro que descrevem a ligação neste composto são obtidas misturando duas orbitais 2p com a orbital 2s como indicado na Fig. 1.

Orbitais atómicas "puras"	Orbitais híbridas
	ψ₁= 1/√3 φ_2s + √2/3 φ_2px
	ψ₂= 1/√3 φ_2s - 1/√6 φ_2px + 1/√2 φ_2py
	ψ₃= 1/√3 φ_2s - 1/√6 φ_2px - 1/√2 φ_2py

Figura 1- Combinação linear das orbitais 2s, 2p_x e 2p_y na hibridação sp₂.

As três orbitais híbridas sp₂ são equivalentes quer em termos energéticos quer de «composição»: as orbitais são degeneradas, com energia E_sp2= 1/3 E_{φ_2s} +2/3 E_{φ_2p} e apresentam 33,(3)% de carácter s e 66,(6)% de carácter p. A orbital p que não entrou na hibridação permanece «pura» e está vazia no boro que apresenta assim uma hibridação sp₂ no BH₃ e uma configuração electrónica: [He] sp₂¹sp₂¹sp₂¹p_z⁰.

A geometria das orbitais sp₂ indica que há sobreposição máxima de cada orbital híbrida com apenas a orbital 1s de um dos hidrogénios. BH₃ é então descrito como apresentando três ligações σ resultantes da sobreposição ou enlace topo a topo das orbitais 1s do hidrogénio com as orbitais híbridas sp₂.

Figura 2 - Orbitais atómicas envolvidas na ligação química na molécula de BH₃.

Mais uma vez, verifica-se que a aplicação do modelo do enlace de valência na descrição de uma molécula tem limitações, aparentes quando se compara a Fig. 2 que sugere que as três orbitais σ são degeneradas e com contornos de isoprobabilidade simétricos em relação ao plano XY, com o que se obtém com a TOM. Na realidade, apenas duas orbitais σ ligantes são degeneradas e os respectivos contornos de isoprobabilidade não são simétricos (Fig. 3) mas as ligações formadas são equivalentes em termos de distâncias internucleares e em termos energéticos como previsto pelo modelo do EV.

Figura 3 - Diagrama de energia das orbitais moleculares e contornos de isoprobabilidade orbital da molécula de BH₃

A orbital pz vazia torna o BH₃ muito reactivo (é um ácido de Lewis muito forte) e na fase gasosa esta molécula existe na forma de dímero, com dois hidrogénios em ponte entre os átomos de boro (Fig 4). Figura 4 - Estrutura do diborano, o dímero do BH₃.