L’ibridizzazione è una combinazione lineare di orbitali atomici naturali utile a spiegare sia la lunghezza dei legami sia gli angoli di legami che ritroviamo in ogni molecola.
Infatti gli orbitali atomici originali 2s e 2p non spiegano bene la formazione degli angoli tipici come quello di 104 gradi nell’acqua, o 107 gradi nell’ammoniaca, dando solo valori approssimativi.
A tal scopo ci viene incontro la ibridizzazione degli orbitali atomici. Consideriamo il Carbonio la cui configurazione elettronica di partenza è: 1s 2 2s2 2p2. Se viene promosso un elettrone dall’orbitale 2s al 2p c’è la possibilità di formare 4 legami sigma.
Per spiegare gli angoli fu introdotta la ibridizzazione degli orbitali, un ricalcolo delle funzioni d'onda originali mediante delle combinazioni lineari di queste ultime.
Al livello quantico n=2 sono possibili 3 tipi di ibridizzazioni: sp, sp2 e sp3. L'ibridizzazione sp coinvolge un orbitale 2s e un orbitale 2p, lasciando invariati gli altri due orbitali 2p. Si formano due orbitali ibridi sp la cui forma si può vedere in figura e orientati per dare un angolo di 180°
Ricalcolando invece i due orbitali p con un orbiale s, si ottiene una nuova serie di tre orbitali ibridi detti sp2, la cui disposizione nello spazio assicura un angolo di legame pari a 120°. Rimane inalterato un orbitale 2p perpendicolare al piano degli sp2
Quando si ricalcolano tutti e quattro gli orbitali del livello n=2 si ottengono quattro orbitali ibridi sp3, con angolo di legame di 109°,5'.
Per quanto possano apparire molto simili gli orbitali ibridi hanno due importanti differenze: l’espansione del lobo è più pronunciata con il crescere del carattere p. Quindi i legami saranno più lunghi passando dal sp al sp3 con conseguenze anche sull’acidità degli idrogeni, come negli alchini
Di contro un legame più corto fa pensare ad un doppietto più vicino all’atomo, quindi più elettronegativo. Si confronti a tal proposito l’acidità degli H degli alcani con gli alchini.
Anche l’energia degli orbitali ibridi è differente da quella degli orbitali di partenza. Tutti gli orbitali ibridi di una stessa ibridazione sono degeneri ed hanno un’energia intermedia tra quella degli orbitali s e p. L’energia degli ibridi cresce andando dall’ibridazione sp alla sp3
Si veda anche questa pagina in inglese sugli orbitali atomici ibridi