Dalam kimia,
hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya
orbital-orbital atom membentuk
orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom. Konsep orbital-orbital yang terhibridisasi sangatlah berguna dalam menjelaskan bentuk
orbital molekul dari sebuah
molekul. Konsep ini adalah bagian tak terpisahkan dari
teori ikatan valensi. Walaupun kadang-kadang diajarkan bersamaan dengan
teori VSEPR, teori ikatan valensi dan hibridisasi sebenarnya tidak ada hubungannya sama sekali dengan teori VSEPR\
Hibrid sp3
Hibridisasi menjelaskan atom-atom yang berikatan dari sudut pandang sebuah atom. Untuk sebuah karbon yang berkoordinasi secara tetrahedal (seperti metana, CH
4), maka karbon haruslah memiliki orbital-orbital yang memiliki simetri yang tepat dengan 4 atom hidrogen. Konfigurasi
keadaan dasar karbon adalah 1
s2 2
s2 2
px1 2
py1 atau lebih mudah dilihat:
(Perhatikan bahwa orbital 1
s memiliki energi lebih rendah dari orbital 2
s, dan orbital 2
s berenergi sedikit lebih rendah dari orbital-orbital 2
p)
Teori ikatan valensi memprediksikan, berdasarkan pada keberadaan dua orbital
p yang terisi setengah, bahwa C akan membentuk dua
ikatan kovalen, yaitu CH
2. Namun,
metilena adalah molekul yang sangat reaktif (lihat pula:
karbena), sehingga teori ikatan valensi saja tidak cukup untuk menjelaskan keberadaan CH
4.
Lebih lanjut lagi, orbital-orbital keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH
4. Walaupun eksitasi elektron 2
s ke orbital 2
p secara teori mengijinkan empat ikatan dan sesuai dengan teori ikatan valensi (adalah benar untuk O
2), hal ini berarti akan ada beberapa ikatan CH
4 yang memiliki energi ikat yang berbeda oleh karena perbedaan aras tumpang tindih orbital. Gagasan ini telah dibuktikan salah secara eksperimen, setiap hidrogen pada CH
4 dapat dilepaskan dari karbon dengan energi yang sama.
Untuk menjelaskan keberadaan molekul CH
4 ini, maka teori hibridisasi digunakan. Langkah awal hibridisasi adalah eksitasi dari satu (atau lebih) elektron:
Proton yang membentuk inti atom hidrogen akan menarik salah satu elektron valensi karbon. Hal ini menyebabkan eksitasi, memindahkan elektron 2s ke orbital 2p. Hal ini meningkatkan pengaruh inti atom terhadap elektron-elektron valensi dengan meningkatkan potensial inti efektif.
Kombinasi gaya-gaya ini membentuk fungsi-fungsi matematika yang baru yang dikenal sebagai orbital hibrid. Dalam kasus atom karbon yang berikatan dengan empat hidrogen, orbital 2
s (orbital inti hampir tidak pernah terlibat dalam ikatan) "bergabung" dengan tiga orbital 2
p membentuk
hibrid sp3 (dibaca
s-p-tiga) menjadi
Pada CH
4, empat orbital hibrid
sp3 bertumpang tindih dengan orbital 1
s hidrogen, menghasilkan empat
ikatan sigma. Empat ikatan ini memiliki panjang dan kuat ikat yang sama, sehingga sesuai dengan pengamatan.
sama dengan
Sebuah pandangan alternatifnya adalah dengan memandang karbon sebagai anion C
4−. Dalam kasus ini, semua orbital karbon terisi:
Jika kita menrekombinasi orbital-orbital ini dengan orbital-
s 4 hidrogen (4 proton, H
+) dan mengijinkan pemisahan maksimum antara 4 hidrogen (yakni tetrahedal), maka kita bisa melihat bahwa pada setiap orientasi orbital-orbital
p, sebuah hidrogen tunggal akan bertumpang tindih sebesar 25% dengan orbital-
s C dan 75% dengan tiga orbital-
p C. HaL ini sama dengan persentase relatif antara s dan p dari orbital hibrid
sp3 (25%
s dan 75%
p).
Menurut teori hibridisasi orbital, elektron-elektron valensi metana seharusnya memiliki tingkat energi yang sama, namun
spektrum fotoelekronnya menunjukkan bahwa terdapat dua pita, satu pada 12,7
eV (satu pasangan elektron) dan saty pada 23 eV (tiga pasangan elektron). Ketidakkonsistenan ini dapat dijelaskan apabila kita menganggap adanya penggabungan orbital tambahan yang terjadi ketika orbital-orbital
sp3 bergabung dengan 4 orbital hidrogen.