Hybridation de l'oxygene

[K.Smida]

bonjour

la polarisation de l'eau est tres pronancer vue lhybridation de l'oxygene en 2s-2p en principe les deux moment dipolaire de la molecule doit s'annuler vue la symetrie centrale des deux nuage electronique mais celle ci presente un moment dipolaire resulatant des deux moment.

pour quoi ya il cette hybridation

merci

[entropik]

Bonjour,
Alors pourquoi l'hybridation? Parce que c'est la seule théorie capable d'expliquer la géométrie de certaines molécules observée expérimentalement. Pour que le moment dipolaire résultant soit nul, il faudrait que les 2 liaisons O-H forment un angle de 180° entre elles or ce n'est pas le cas, et ce à cause des 2 autres orbitales portant chacune un doublet électronique (l'angle étant de 104,5°). L'hybridation de l'eau (un orbitale 2s mélangée avec les 3 2p) permet d'expliquer la structure de la glace, chaque molécule d'eau formant le centre d'un tétraèdre déformé à cause de la répulsion entre les 2 doublets. Les doublets sont impliqués dans les fameuses liaisons hydrogène.

[K.Smida]

Bonjour,
Alors pourquoi l'hybridation? Parce que c'est la seule théorie capable d'expliquer la géométrie de certaines molécules observée expérimentalement. Pour que le moment dipolaire résultant soit nul, il faudrait que les 2 liaisons O-H forment un angle de 180° entre elles or ce n'est pas le cas, et ce à cause des 2 autres orbitales portant chacune un doublet électronique (l'angle étant de 104,5°). L'hybridation de l'eau (un orbitale 2s mélangée avec les 3 2p) permet d'expliquer la structure de la glace, chaque molécule d'eau formant le centre d'un tétraèdre déformé à cause de la répulsion entre les 2 doublets. Les doublets sont impliqués dans les fameuses liaisons hydrogène.

Oui ok mais c’est pas ça ma question je veux dire a quoi elle est due cette hybridation?

[maurice]

L'hybridation n'est due à rien du tout !
C'est un truc qu'a inventé Pauling pour expliquer simplement la forme des molécules qu'on détermine par l'expérience.
Il y a des théoriciens qui ne croient pas à l'hybridation, et qui disent que c'est du bricolage. Et ils ont montré qu'on peut très bien s'en passer. On peut développer une théorie de la liaison chimique sans hybrider les orbitales atomiques, en ne considérant que les attractions et les répulsions interélectroniques. On arrive au même résultat qu'avec l'hybridation. Mais c'est beaucoup plus laborieux. Et surtout on n'arrive pas aussi facilement à passer du calcul des fonctions d'onde aux considérations géométriques.

[entropik]

La théorie de l'hybridation a été crée pour mettre en accord la théorie et l'expérience. Lorsqu'un atome forme 2 ou plusieurs liaisons, celles-ci font entre elles des angles déterminés, dont la valeur est connue par l'expérience. Mais le modèle des orbitales moléculaires ne rend pas compte correctement de cette réalité si on prend comme base de référence les orbitales atomiques des éléments.
Exemple: le carbone forme le méthane à partir de son état de valence . Les trois liaisons C-H formées à partir des 3 orbitales 2p devraient constituer un trièdre trirectangle, selon les trois axes x, y et z; la quatrième, formée avec l'orbitale 2s, devrait être orientée de manière indifférente par rapport aux trois autres. Or les 4 liaisons C-H du méthane sont indiscernables et orientées vers les sommets d'un tétraèdre régulier au centre duquel se trouve le noyau du carbone. Pour mettre en accord la théorie et l'expérience il faudrait disposer, sur l'atome central, d'orbitales présentant la même symétrie que la molécule à former. Les orbitales atomiques, s ou p (parfois d), ne remplissent pas cette condition et il faut donc en construire d'autres.

Maintenant si ta question est: pourquoi la nature fait comme ça? (pour peu qu'elle le fasse vraiment) je dirais probablement pour augmenter la stabilité des molécules. Un atome "préfère" vraisemblablement avoir 8 (ou 2) électrons qui se promènent autour de lui sur des orbitales moléculaires de même énergie plutôt que sur des différentes.

[entropik]

L'hybridation n'est due à rien du tout !

Bah on peut quand même dire qu'elle est due à un désaccord entre théorie et expérience

Il y a des théoriciens qui ne croient pas à l'hybridation, et qui disent que c'est du bricolage.

J'en connais un qui est mon prof tiens

Et ils ont montré qu'on peut très bien s'en passer. On peut développer une théorie de la liaison chimique sans hybrider les orbitales atomiques, en ne considérant que les attractions et les répulsions interélectroniques. On arrive au même résultat qu'avec l'hybridation. Mais c'est beaucoup plus laborieux. Et surtout on n'arrive pas aussi facilement à passer du calcul des fonctions d'onde aux considérations géométriques.

Mais je ne comprend pas pourquoi ces théoriciens s'obstinent à refuser cette théorie, d'après ce que tu dis il n'y a vraiment aucun avantage à se passer de l'hybridation. L'idéal aurait été de trouver une théorie avant qu'on ait fait les mesures spectroscopiques comme ça ils n'auraient pas pu dire que c'est du "bricolage". Mais pourtant quand on y pense la plupart des théories sont nées dans le but d'expliquer un fait expérimental incompris. Même la mécanique quantique avait pour but d'expliquer la stabilité des atomes qui était impossible dans le modèle de Bohr.

[maurice]

La théorie de l'hybridation a un désavantage : elle n'est correcte que pour l'atome d'hydrogène. Pour les autres atomes, elle est fausse.
Pour le prouver, il faut revenir à l'équation de Schrödinger.
On part de l'hamiltonien relatif à un atome comme celui du carbone. Je l'appelle H. Elle admet des solutions, qu'on appelle psi, et que je vais différencier ainsi : psi(1s), psi(2s), psi(2p).
Dans l'atome d'hydrogène, la valeur propre de cette équation, donc l'énergie de l'atome, ne dépend que du 1er nombre quantique. Donc on peut écrire les 3 premières équations de Schrödinger ainsi :
H psi(1s) = E1 psi(1s)
H psi(2s) = E2 psi(2s)
H psi(2p) = E2 psi(2p)
C'est donc le même E2 qui est solution de la 2ème et de la 3ème équation.
Il est donc permis d'additionner ces deux équations, ce qui donne :
H [psi(2s) + psi(2p)] = E2 [psi(2s) + psi(2p)]
L'hybride psi(2s) + psi(2p) est encore solution de l'équation de Schrödinger. On a le droit d'hybrider, et même de mettre des coefficients avant de faire la somme des psi.

Dans l'atome de carbone, les 2 équations en question n'ont pas la même valeur propre E2. Il faut alors écrire :
H psi(2s) = E2 psi(2s)
H psi(2p) = E'2 psi(2p)
On ne peut plus additionner les deux équations. mais Pauling a proposé de le faire quand même, en faisant remarquer que E2 et E'2 sont "presque" égaux. C'est du bricolage !

[entropik]

La théorie de l'hybridation a un désavantage : elle n'est correcte que pour l'atome d'hydrogène. Pour les autres atomes, elle est fausse.

Ah bon c'est ennuyant ça parce que je ne connais pas de cas où l'atome d'hydrogène est hybridé vu qu'il a au max 2 électrons sur sa sous-couche 1s. Donc l'intérêt de l'hybridation n'est que qualitatif.
Mais si on ne peut plus additionner les 2 équations pour le carbone cela veut-il dire que les 4 orbitales moléculaires du méthane n'ont en réalité pas tout à fait la même énergie?

[maurice]

Les 4 orbitales hybridées sp3 ont toutes la même énergie, qui est une espèce de moyenne entre l'énergie de l'orbitale 2s du carbone et celles de la 2p du Carbone.
Mais attention. Quand on utilise ces orbitales atomiques, hybridées ou non, pour faire des orbitales moléculaires, en les couplant avec celles d'atomes d'hydrogène voisins, on obtient quelque chose de différent et de nouveau. L'énergie de la nouvelle orbitale moléculaire est très différente de celles du Carbone et de celle de l'Hydrogène.

[entropik]

D'accord mais je ne comprend pas bien quelle mesure expérimentale permet de prouver que l'hybridation est fausse pour les atomes autres que l'hydrogène si ce n'est pas l'énergie de liaison?

[maurice]

Quand on bombarde un atome de carbone avec des rayons très énergétiques, ou même avec des électrons accélérés, on peut arracher des électrons de la cible touchée. L'énergie de ces électrons arrachés est d'autant plus petite qu'ils proviennent d'une couche plus profonde. La mesure de ces électrons permet de calculer le niveau d'énergie d'où ils proviennent dans l'atome.
Ce genre d'expérience permet de montrer que les électrons du Carbone n'ont pas la même énergie sur une orbitale 2s que sur une 2p.
On peut aussi exciter le Carbone sans l'ioniser, dans une étincelle entre électrode de carbone, et mesurer la lumière émise, c'est-à-dire les raies qui sont émises lors du retour des électrons excités vers l'état fondamental. On en déduit les niveaux d'énergie des niveaux excités et de l'état fondamental. On arrive aux mêmes conclusions.

[entropik]

La mesure de ces électrons permet de calculer le niveau d'énergie d'où ils proviennent dans l'atome.

Qu'entendez-vous par mesure? La mesure de leur vitesse? de leur fréquence d'oscillation?

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On peut aussi exciter le Carbone sans l'ioniser, dans une étincelle entre électrode de carbone, et mesurer la lumière émise, c'est-à-dire les raies qui sont émises lors du retour des électrons excités vers l'état fondamental. On en déduit les niveaux d'énergie des niveaux excités et de l'état fondamental. On arrive aux mêmes conclusions.

Et ne peut-on pas aussi vérifier la forme des orbitales avec cette dernière méthode (spectroscopie)? Je suppose que le spectre d'un atome varie un peu en fonction de la position des électrons dans leur orbitale donc on pourrait trouver la zone où leur probabilité de présence est la plus grande non?
Ainsi on verrait que, par exemple, les orbitales hybridées sp3 du carbone n'ont pas vraiment une forme avec 25% de caractère s et 75% de caractère p mais d'autres pourcentages voir un tout autre caractère.

[maurice]

Personne ne peut déterminer par expérience la forme des orbitales.

Si tu bombardes une matière avec des électrons de 70 eV, et que tu observes que les électrons secondaires réémis ont une énergie cinétique (donc une vitesse si tu préfères) égale à 15, 44 et de 46 eV, tu en déduis que l'énergie potentielle que possédaient les dits électrons dans l'atome était de
70 - 15 = 55 eV pour les premiers,
70 - 44 = 26 eV pour les seconds.
70 - 46 = 24 eV pour les derniers.
Tu en tireras que les premiers sont très fortement retenus dans l'atome, et qu'ils viennent sans doute de la couche 1s, les seconds de la couche 2s et les 3èmes de la couche 2p.
Donc il n'y a pas d'hybridation dans l'atome !