Atom węgla ma konfigurację 1s
2
2s
2
p
2
:
Przy zbliżaniu się do atomu węgla atomów
wodoru następuje wzbudzenie atomu węgla
polegające na przeniesieniu elektronu 2s na
wolne miejsce na orbitalu 2p. Konfigurację
elektronową stanu wzbudzonego
przedstawia zapis:
Struktura (stan wzbudzony) pozwala
wytworzyć cztery wiązania za pomocą
czterech niesparowanych elektronów, ale
nie tłumaczy równocenności wiązań.
Między orbitalami
s
i
p
zachodzi proces
hybrydyzacji
(ujednorodnienia,
wymieszania) wynikający z korzystnych
zmian energetycznych towarzyszących
lepszemu usytuowaniu zhydrydyzowanych
orbitali
sp
3
w przestrzeni
Atom węgla może utworzyć cztery jednakowe
wiązania, których kształt przestrzenny oddają linie
łączące środek tetraedru (czworościan regularny) z
jego narożami. W środku ciężkości tetraedru
znajduje się atom węgla, który tworzy wiązania za
pomocą zhydrydyzowanych orbitali skierowanych ku
czterem narożom tetraedru. Kształt i rozmiar
orbitali jest identyczny, a kąty między nimi są równe
i wynoszą
109
o
28`.
wymieszaniu ulega orbital
s
z dwoma orbitalami
p
z wytworzeniem struktury płaskiej. Wiązania
wytworzone z udziałem zhybrydyzowanych orbitali
sp
2
leżą na jednej płaszczyźnie, a kąt między nimi
wynosi
120°.
W cząsteczce etenu
C
2
H
4
(etylenu),
atomy
węgla
wytwarzają
za
pomocą
zhybrydyzowanych orbitali sp
2
wiązania wiążąc
po dwa atomy wodoru i tworząc wiązanie między
sobą, a
niezhybrydyzowane orbitale p
tworzą
wiązanie.Wszystkie atomy leżą na tej samej
płaszczyźnie, a wiązanie usztywnia cząsteczkę
uniemożliwiając swobodny obrót wokół wiązania
C-C
.
Hybrydyzacja
sp
2
występuje także w pierścieniu
aromatycznym.
W
benzenie
za
pomocą
zhybrydyzowanych orbitali
sp
2
atom węgla
wiąże się sąsiednimi atomami węgla i z atomem
wodoru. Hybrydyzacja
sp
2
powoduje , że
cząsteczka
benzenu
jest
płaska,
zatem
wszystkie tworzące ją atomy węgla i wodoru
leżą w jednej płaszczyźnie. Nie biorące udziału
w hybrydyzacji elektrony z orbitalu 2p każdego
atomu
węgla
tworzą
wiązanie
π
.
Zdelokalizowany
sekstet
elektronowy jest
odpowiedzialny za charakter aromatyczny
połączeń.
Wymieszaniu ulega orbital
s
z jednym orbitalem
p
z wytworzeniem struktury liniowej. Wszystkie
wiązania wytworzone z udziałem zhybrydyzo-
wanych orbitali sp leżą wzdłuż jednej prostej .
W cząsteczce etynu
C
2
H
2
(acetylenu) atomy
węgla wytwarzają za pomocą zhybrydyzowanych
orbitali
sp
wiązania
ϭ
wiążąc dwa atomy wodoru
i
tworząc
wiązanie
między
sobą,
a
niezhybrydyzowane dwa orbitale
p
tworzą dwa
wiązania
π
. Wiązania usztywniają cząsteczkę
uniemożliwiając swobodny obrót wokół wiązania
C-C
.
