Orbitali atomici ibridi più comuni in JSmol

Nella applet seguente verranno visualizzati gli orbitali atomici ibridi più tipici del legamie chimico, e si considera un elemento generico del 2° periodo della Tavola Elettronica. L'ibridizzazione è una combinazione lineare di orbitali atomici utile a spiegare sia la lunghezza dei legami sia gli angoli di legami. Infatti gli orbitali atomici 2s e 2p non spiegano bene la formazione di angoli di 104° nell'acqua o 107° 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, cioè 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 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 dall'sp all'sp3.  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