La liaison dans l’acétylène
Enfin, le concept d’orbitale hybride s’applique bien aux groupes à triple liaison, comme les alcynes et les nitriles. Considérons, par exemple, la structure de l’éthyne (nom commun acétylène), l’alcyne le plus simple.
Cette molécule est linéaire : les quatre atomes se trouvent en ligne droite. La triple liaison carbone-carbone ne mesure que 1,20Å de long. Dans l’image d’orbitale hybride de l’acétylène, les deux carbones sont sp-hybridés. Dans un carbone hybridé sp, l’orbitale 2s se combine avec l’orbitale 2px pour former deux orbitales hybrides sp qui sont orientées à un angle de 180° l’une par rapport à l’autre (par exemple, le long de l’axe x). Les orbitales 2py et 2pz restent non hybridées, et sont orientées perpendiculairement le long des axes y et z, respectivement.
La liaison sigma C-C, donc, est formée par le chevauchement d’une orbitale sp de chacun des carbones, tandis que les deux liaisons sigma C-H sont formées par le chevauchement de la deuxième orbitale sp sur chaque carbone avec une orbitale 1s sur un hydrogène. Chaque atome de carbone possède encore deux orbitales 2py et 2pz à moitié remplies, qui sont perpendiculaires l’une à l’autre et à la ligne formée par les liaisons sigma. Ces deux paires perpendiculaires d’orbitales p forment deux liaisons pi entre les carbones, ce qui donne globalement une triple liaison (une liaison sigma plus deux liaisons pi).
Le concept d’orbitale hybride explique bien une autre observation expérimentale : les liaisons simples adjacentes aux liaisons doubles et triples sont progressivement plus courtes et plus fortes que les liaisons simples « normales », comme celle d’un alcane simple. La liaison carbone-carbone dans l’éthane (structure A ci-dessous) résulte du chevauchement de deux orbitales sp3.
Dans l’alcène B, cependant, la liaison simple carbone-carbone résulte du chevauchement entre une orbitale sp2 et une orbitale sp3, tandis que dans l’alcyne C, la liaison simple carbone-carbone résulte du chevauchement entre une orbitale sp et une orbitale sp3. Ce sont toutes des liaisons simples, mais la liaison dans la molécule C est plus courte et plus forte que celle de B, qui est à son tour plus courte et plus forte que celle de A.
L’explication ici est relativement simple. Une orbitale sp est composée d’une orbitale s et d’une orbitale p, et elle a donc 50% de caractère s et 50% de caractère p. Les orbitales sp2, par comparaison, ont 33% de caractère s et 67% de caractère p, tandis que les orbitales sp3 ont 25% de caractère s et 75% de caractère p. En raison de leur forme sphérique, les orbitales 2s sont plus petites et maintiennent les électrons plus près et plus « serrés » du noyau, par rapport aux orbitales 2p. Par conséquent, les liaisons impliquant un chevauchement sp + sp3 (comme dans l’alcyne C) sont plus courtes et plus fortes que les liaisons impliquant un chevauchement sp2 + sp3 (comme dans l’alcène B). Les liaisons impliquant un chevauchement sp3-sp3 (comme dans l’alcane A) sont les plus longues et les plus faibles du groupe, en raison du caractère » p » à 75 % des hybrides.
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