Orbitales hybridées

[invite9ef912f8]

Bonjour,
En lisant le cours sur les orbitales hybridées en chimie organique, je suis tombé sur quelque chose que je ne comprends pas. "Dans l'état fondamental, la configuration électronique du carbone est 1s²2s²2p²". C'est ce qui est souligné que je ne parviens pas à saisir. En fait je sais que s signifie orbitale sphérique et que p désigne les trois orbitales p. Mais je ne comprends pas pourquoi on trouve des ² et des chiffres devant les orbitales. Comme dois-je comprendre cela. Ainsi de la même façon on me dit que lorsqu'on considère que l'orbitale s et les trois orbitales p se combinent, il se forme quatre orbitales hybrides identiques appelées sp^3 je ne comprend pas ce que signifie cet exposant.
Je vous remercie d'avance.
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[shaddock91]

Bonjour et bienvenue sur le forum.

Parmi les très nombreux sites traitant de ce sujet, tu peux consulter celui-ci:
http://www.orgapolym.com/pdf/cahier2...bridations.pdf

[moco]

Une orbitale est toujours désignée conventionnellement par un chiffre suivi d'une lettre (s, p, d, etc) munie d'un exposant. Le chiffre qui vient donc en tête est le nombre quantique principal. C'est aussi le numéro de la couche électronique, en partant du noyau. La lettre désigne la sous-couche considérée, qui est s pour les deux premiers électrons d'une couche, p pour les 6 suivants, d pour les 10 suivants (s'il y en a). Quant à l'exposant, il désigne le nombre d'électrons présents dans cette sous-couche, si on décrit un atome complet.
L'atome de carbone a 6 électrons, dont les deux premiers dans la couche 1 (et la sous-couche s). Donc la description de l'atome C commence par 1s².
L'atome C contient ensuite 4 électrons dans la couche 2. Mais ces 4 électrons sont au nombre de 2 dans la sous-couche s, et 2 dans la sous-couche p. Les deux électrons dans la sous-couche 2s sont désignés par l'indice 2, ce qui fait 2s², et ceux dans la sous-couche 2p sont désignés par 2p².
Le tout mis à bout forme : 1s²2s²2p².
Tu as compris ?

[invite9ef912f8]

J'ai parfaitement compris ce que tu viens de dire. Dans cette configuration, les quatres électrons externe ne sont pas tous situés dans le même type d'orbitale atomique ce qui ne permet pas de rendre compte de la géométrie des molécules carbonées. Mais on nous dit que le méthane a quatre liaisons identiques, ce qui nous donne une structure tétraédrique. On nous dit alors que l'orbitale s et les trois orbitales p se combinent pour former quatre orbitales hybrides identiques sp^3. Précédemmment tu m'as dit que qu'une orbitale est toujours désignée conventionnellement par un chiffre suivie d'une lettre et d'un exposant. Je comprend que cette hybridation est nécessaire pour l'orientation tétraédrique. Toutefois comment doit je alors comprendre le terme sp^3?
L'exposant 3 signifie t-il simplement qu'il y a trois orbitale P.

[A voir en vidéo sur Futura]

[HarleyApril]

comment doit je alors comprendre le terme sp^3?
L'exposant 3 signifie t-il simplement qu'il y a trois orbitale P.

oui une orbitale s et trois orbitale p

cordialement

[moco]

Tu mets le doigt sur une difficulté qui est fondamentale dans la chimie du carbone.
Normalement, l'atome de carbone contient 4 électrons sur sa couche externe (no. 2), et ces 4 électrons devraient se trouver à raison de 2 sur la sous-couche 2s, et 2 sur la sous-couche 2p. Il n'y a que les deux électrons 2p qui pourraient se crocher à d'autres électrons provenant d'autres atomes. Et, dans ce cas de figure, on pourrait faire au mieux une molécule CH₂ avec 2 atomes H extérieurs.
mais chacun sait que C forme CH₄ avec l'Hydrogène, et pas CH₂. Cela montre que la théorie développée à base des électrons 2s et 2p n'explique pas la réalité. Donc elle doit être modifiée.
Quand cette théorie a été développée, dans les années 1925, les scientifiques ont buté longtemps devant cette difficulté. Il a fallu le génie de Pauling (Prix Nobel de chimie) pour proposer une solution raisonnable. Pauling a fait l'hypothèse suivante. Imaginons qu'on fournisse à 1 électron 2s une certaine énergie d'excitation pour l'amener dans une orbitale 2p. Puis imaginons qu'on s'efforce de faire en sorte que ces 4 électrons ne soit plus considérés comme différents, mais qu'ils aient les mêmes propriétés géométriques, et que leurs distributions dans l'espace ne ressemblent ni à une sphère, ni à de petites haltères comme les 2p. Pauling a créé le nom de hybride à ces nouvelles orbitales, dont on peut calculer la disposition dans l'espace en résolvant l'équation de Schrödinger. Peu importe pour toi. L'important est de savoir que chacun des 4 électrons est sur une orbitale nouvelle, une hybride, appelée alors sp³, pour dire qu'on a combiné une orbitale s et trois orbitales p. L'exposant 3 de sp³ ne désigne plus le nombre d'électrons qu'on trouve dans ces orbitales, mais le nombre d'orbitales p combinées par Pauling pour faire ses hybrides. C'est troublant, je sais.
Mais ces 4 électrons se repoussent au maximum, tout en étant attirés par le noyau. Et quand 4 électrons se repoussent au maximum autour d'un point commun, ils se situent dans l'espace comme s'ils étaient situés au sommet d'un tétraèdre dont le noyau occupe le centre.
As-tu compris ?

[invite9ef912f8]

En résumé d'après ce que j'ai compris c'est que l'orbitale s et les trois orbitales p se combinent pour former quatre orbitales hybrides sp3, lesquelles permettent des recouvrement axiaux avec l'orbitale 1s de l'hydrogène, on aurait quatre laisons, ce qui justifierait l'édifice tétraédrique de la molécule de méthane. Et dans ce cas là si on prend l'exemple de l'éthyne, sa géométrie est possible en considérant que l'orbitale s combine avec l'une des trois orbitales p, donnant alors deux orbitales hybrides sp?

[moco]

Bravo. Tu as tout compris !