Tópico 40 - Hibridação sp₃: NH₃

A amónia e a água, NH₃ e H₂O, respectivamente,  são os exemplos mais simples de moléculas poliatómicas em que o átomo central apresenta pares de electrões não partilhados e hibridação sp₃. Quando isso acontece, a estrutura tridimensional da molécula é diferente da encontrada para o metano (link metano) embora a geometria das orbitais permaneça tetraédrica . 

O azoto (configuração electrónica 2s²2p³) tem quatro orbitais de valência e cinco electrões para as preencher. Assim,  uma das orbitais do azoto está ocupada com um par de electrões não partilhado (que pode ser utilizado numa ligação covalente dativa) e estabelece três ligações covalentes. 

A molécula de NH₃ é uma molécula que apresenta geometria piramidal e em que o azoto estabelece três ligações equivalentes com os átomos de hidrogénio.  Recorrendo à Teoria de Orbitais Moleculares para descrever esta molécula obtêm-se orbitais moleculares obtidas por combinação linear de todas as orbitais atómicas dos átomos constituintes, isto é, tal como o carbono no metano, o azoto na amónia apresenta  hibridação sp₃  e uma configuração electrónica: [He] sp₃²sp₃¹sp₃¹sp₃¹.

Três das orbitais híbridas sp₃  apresentam sobreposição máxima com a orbital 1s de cada um dos hidrogénios e a restante corresponde a um par de electrões não partilhado. A amónia é descrita como apresentando um par de electrões não partilhado e três ligações σ (localizadas) resultantes da sobreposição ou enlace topo a topo das orbitais 1s do hidrogénio com as orbitais híbridas sp₃ do azoto. 

As ligações N-H são ligações polarizadas e na amónia, contrariamente ao que acontece no BH₃ (link para polaridade), a soma vectorial dos momentos dipolares μ_N-H não é nula e a amónia apresenta um momento dipolar μ = 1.42 D. A amónia apresenta assim um centro de cargas negativas localizado no átomo de azoto e um centro de cargas positivas localizado entre os hidrogénios, como é representado na Figura 2.

A molécula de H₂O é uma molécula que apresenta geometria angular e em que o oxigénio estabelece duas ligações equivalentes com os átomos de hidrogénio.  Recorrendo à Teoria de Orbitais Moleculares para descrever esta molécula obtêm-se orbitais moleculares obtidas por combinação linear de todas as orbitais atómicas dos átomos constituintes, isto é, tal como o carbono no metano e o azoto na amónia, na água o oxigénio apresenta  hibridação sp₃  e uma configuração electrónica: [He] sp₃²sp₃²sp₃¹sp₃¹.

Duas das orbitais híbridas sp₃  correspondem assim a dois pares de electrões não partilhados e apresentam sobreposição máxima com a orbital 1s de cada um dos hidrogénios. A água é descrita pelo enlace de valência como apresentando dois pares de electrões não partilhado e duas ligações σ (localizadas) resultantes da sobreposição ou enlace topo a topo das orbitais 1s do hidrogénio com as orbitais híbridas sp₃ do oxigénio.