Figure 1.17 Promotion électronique menant à la formation possible
de quatre liaisons pour l’atome de carbone
Par ailleurs, les résultats expérimentaux ont également indiqué que les quatre liaisons
COH dans la molécule de méthane sont de la même longueur et de la même force. Or,
la con?guration électronique de l’atome de carbone, obtenue à la suite de la promotion électronique, ne permet pas d’appuyer ces observations expérimentales. En effet,
pour former la molécule de méthane (CH 4 ), l’un des électrons célibataires du carbone
provient d’une orbitale s, et les trois autres proviennent d’une orbitale p. Puisque les
électrons d’une orbitale 2s et d’une orbitale 2p n’occupent pas le même type d’orbitales,
les liaisons possibles qui résulteraient de la combinaison des électrons de l’atome de
carbone avec l’électron célibataire dans l’orbitale 1s de l’atome d’hydrogène ne devraient
pas être de la même longueur ni de la même force (voir la ?gure 1.18). Pourtant, des
mesures expérimentales indiquent bien que les quatre liens COH sont identiques.
Figure 1.18
Recouvrements axiaux d’orbitales
s et p menant à la formation de
liaisons chimiques distinctes
De plus, il faut s’arrêter à la géométrie de la molécule et des orbitales concernées.
Comme le mentionne le tableau 1.3 (voir p. 5), les orbitales p x , p y et p z possèdent des
orientations différentes et sont mutuellement perpendiculaires. Un angle de 90° entre
les atomes HOCOH devrait donc être observé. Cependant, des mesures expérimentales
ont montré que dans la molécule de CH 4 , l’angle HOCOH vaut 109,5°. La théorie des
orbitales hybrides (ou de l’hybridation) permet d’expliquer ces observations expérimentales. En se basant sur des équations mathématiques de la mécanique quantique, il
a été démontré que, d’un point de vue énergétique, il est plus avantageux pour un atome
de « mélanger », de réorganiser ses orbitales atomiques de valence pour générer des
orbitales hybrides que de demeurer à l’état fondamental. Les nouvelles orbitales ainsi
créées sont de forme et d’énergie différentes de celles des orbitales atomiques de départ.
Le nombre d’orbitales hybrides correspond cependant à celui des orbitales atomiques
initiales. De plus, le niveau énergétique de ces orbitales hybrides est intermédiaire.
1.8 Hybridation des orbitales atomiques
21
de quatre liaisons pour l’atome de carbone
Par ailleurs, les résultats expérimentaux ont également indiqué que les quatre liaisons
COH dans la molécule de méthane sont de la même longueur et de la même force. Or,
la con?guration électronique de l’atome de carbone, obtenue à la suite de la promotion électronique, ne permet pas d’appuyer ces observations expérimentales. En effet,
pour former la molécule de méthane (CH 4 ), l’un des électrons célibataires du carbone
provient d’une orbitale s, et les trois autres proviennent d’une orbitale p. Puisque les
électrons d’une orbitale 2s et d’une orbitale 2p n’occupent pas le même type d’orbitales,
les liaisons possibles qui résulteraient de la combinaison des électrons de l’atome de
carbone avec l’électron célibataire dans l’orbitale 1s de l’atome d’hydrogène ne devraient
pas être de la même longueur ni de la même force (voir la ?gure 1.18). Pourtant, des
mesures expérimentales indiquent bien que les quatre liens COH sont identiques.
Figure 1.18
Recouvrements axiaux d’orbitales
s et p menant à la formation de
liaisons chimiques distinctes
De plus, il faut s’arrêter à la géométrie de la molécule et des orbitales concernées.
Comme le mentionne le tableau 1.3 (voir p. 5), les orbitales p x , p y et p z possèdent des
orientations différentes et sont mutuellement perpendiculaires. Un angle de 90° entre
les atomes HOCOH devrait donc être observé. Cependant, des mesures expérimentales
ont montré que dans la molécule de CH 4 , l’angle HOCOH vaut 109,5°. La théorie des
orbitales hybrides (ou de l’hybridation) permet d’expliquer ces observations expérimentales. En se basant sur des équations mathématiques de la mécanique quantique, il
a été démontré que, d’un point de vue énergétique, il est plus avantageux pour un atome
de « mélanger », de réorganiser ses orbitales atomiques de valence pour générer des
orbitales hybrides que de demeurer à l’état fondamental. Les nouvelles orbitales ainsi
créées sont de forme et d’énergie différentes de celles des orbitales atomiques de départ.
Le nombre d’orbitales hybrides correspond cependant à celui des orbitales atomiques
initiales. De plus, le niveau énergétique de ces orbitales hybrides est intermédiaire.
1.8 Hybridation des orbitales atomiques
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