13. sp³-hybridisatie

We nemen als voorbeeld de CH4-molecule (methaan). Beschouwen we de elektronenconfiguratie van het C-atoom: 1s2 2s22p2. We zien dat C slechts twee normale covalente bindingen kan vormen. De praktijk geeft echter vier bindingen aan. Om de nodige covalente bindingsmogelijkheden te scheppen, moet er energie aan het C-atoom toegevoegd worden om één 2s-elektron naar de lege 2p-orbitale te brengen. Het C-atoom bevindt zich dan in aangeslagen toestand. Metingen hebben aangetoond dat de vier C–H-bindingen gelijk zijn in sterkte en in lengte. Een overlapping van een s-orbitale (van H) met respectievelijk een s- en drie p-orbitalen van C kan dit niet verklaren. Men moest vier volkomen gelijkwaardige waarschijnlijkheidsverdelingen in het leven roepen en dat heeft men gedaan door een combinatie te maken van de 2s en de drie half-bezette 2p orbitalen.

De symmetrie-assen van deze vier hybridorbitalen moeten zo ver mogelijk uit elkaar liggen. Dit betekent dat ze gericht zijn naar de hoekpunten van een regelmatig viervlak of een tetraëder: de assen van de vier sp³-hybridorbitalen vormen een hoek van 109° 28’. De structuur van CH₄ is dus tetraëdrisch.

Samengevat

sp3-hybridisatie
Bij een sp3-hybridisatie worden een s- (bol) en drie p-orbitalen (halters) vervangen door 4 nieuwe orbitalen van dezelfde vorm en met dezelfde energie-inhoud: sp3-hybridorbitalen. De assen van die nieuwe orbitalen zijn gericht naar de toppen van een tetraëder en vormen hoeken van 109° 28'.