16-03-2025 - Chemistry Basics - Molecules and Hybridization [EN]-[IT]

~~~ La versione in italiano inizia subito dopo la versione in inglese ~~~

ENGLISH
16-03-2025 - Chemistry Basics - Molecules and Hybridization [EN]-[IT]
With this post I would like to give a brief instruction on the topic mentioned in the subject
(code notes: X_79)

Molecules and Hybridization

Image generated with artificial intelligence, software used copilot microsoft

Molecules
The definition of molecule can be summarized as follows. Molecules are groups of two or more atoms linked together by chemical bonds.
In molecules we can find atoms of the same element or of other elements linked together.
Molecules with atoms of the same element
O₂ = molecular oxygen, composed of two oxygen atoms through covalent bonds.
H₂ = molecular hydrogen, composed of two hydrogen atoms bonded together by a covalent bond.
Molecules with atoms of different elements
H₂O = Water, a molecule composed of two hydrogen atoms and one oxygen atom with covalent bonds.
CO₂ = Carbon dioxide, a molecule formed by a carbon atom and two oxygen atoms also through covalent bonds.
CH₄ = methane, a molecule with a carbon atom and four hydrogen atoms.
The atoms of a molecule are held together by chemical bonds. Among chemical bonds we can have covalent bonds (when atoms share electrons) or ionic bonds (atoms transfer electrons from one to another)

Hybridization
Hybridization in chemistry can be a bit of a difficult concept to understand. It is one of those concepts that is quite important, but is not talked about much.
We can simplify the concept of hybridization by saying that it is the combination of atomic orbitals that result in the formation of hybrid orbitals. Hybrid orbitals allow atoms to form more stable chemical bonds.
Example with CH₄
In methane (CH₄) carbon has sp³ hybrid orbitals. These hybrid orbitals result from the combination of an s orbital and three p orbitals. This formation allows our substance, that is methane, to form four covalent bonds with hydrogen atoms, creating a tetrahedral structure.
Where:
atomic orbitals = regions in space around the nucleus of an atom where it is most likely to find an electron.
chemical bonds = Chemical bonds are forces that keep atoms in a molecule or compound together. Chemical bonds can be: covalent bonds, ionic bonds, metallic bonds, hydrogen bonds.
s orbital = type of atomic orbital with a spherical shape. This orbital is the simplest of the types of orbitals and is found in every energy level of an atom.
p orbitals = shape of atomic orbitals that have the characteristic double-lobe shape.
covalent bonds = chemical bond that forms when two atoms share one or more pairs of electrons.

Exercise on hybridization
Let's try to understand what the molecule of the sulfur atom in the SO3 molecule is like if it is sp2 hybridized.

Basically we just have to make some considerations... let's start.
SO₃ is the molecule of sulfur trioxide and has the sp² hybridized sulfur atom. This means that one of the s orbitals and two of the p orbitals of the sulfur atom combine to form three new hybrid orbitals.
As for the orientation of these orbitals, we know that they are oriented at 120° from each other, creating a planar arrangement.

In our case, the sulfur atom forms three double bonds with three oxygen atoms and the sp² hybrid orbitals of the sulfur atom are arranged in a plane, with angles of 120° between them.

So we can conclude that the geometry of the molecule in the exercise is trigonal planar

Conclusions
This article may be complex, and in the conclusions I will write the summary of what was described above. Basically, the hybridization of the atomic orbitals determines the geometry of the molecules. This influences both the arrangement of the atoms and the overall shape of the molecule. In the example seen above, we described that in the case of sulfur trioxide, thanks to the sp² hybridization of the sulfur atom, it assumes a trigonal planar structure.

Question
Do you remember learning about hybridization in school? If not, do you at least remember ever examining the geometry of molecules?

[ITALIAN]
16-03-2025 - Basi di chimica - Molecole e Ibridazione [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(code notes: X_79)

Molecole e Ibridazione

Immagine generata con l'intelligenza artificiale, software usato copilot microsoft

Molecole
La definizione di molecola la possiamo sintetizzare come segue. Le molecole sono gruppi di due o più atomi legati insieme da legami chimici.
Nelle molecole possiamo trovare legati tra loro atomi dello stesso elemento o di altri elementi.
Molecole con atomi dello stesso elemento
O₂ = ossigeno molecolare, composto da due atomi di ossigeno tramite legami covalenti.
H₂ = idrogeno molecolare, composto da due atomi di idrogeno legati insieme da un legame covalente.
Molecole con atomi di diversi elementi
H₂O = Acqua, molecola composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno con legami covalenti.
CO₂ = Anidride carbonica, molecola formata da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno sempre tramite legami covalenti.
CH₄ = metano, molecola con un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno.
Gli atomi di una molecola sono tenuti insieme dai legami chimici. Tra i legami chimici possiamo avere i legami covalenti (quando gli atomi condividono elettroni) o i legami ionici (gli atomi trasferiscono elettroni da uno all'altro)

Ibridazione
L'ibridazione in chimica può essere un concetto un po' difficile da capire. Sono uno di quei concetti piuttosto importanti, ma di cui non se ne parla molto.
Possiamo semplificare il concetto di ibridazione dicendo che essa è la combinazione di orbitali atomici che hanno come conseguenza la formazione di orbitali ibridi. Gli orbitali ibridi consentono agli atomi di formare legami chimici più stabili.
Esempio con CH₄
Nel metano (CH₄) il carbonio ha orbitali ibridi sp³. Questi orbitali ibridi derivano dalla combinazione di un orbitale s e tre orbitali p. Questa formazione permette alla nostra sostanza, cioè il metano, di formare quattro legami covalenti con gli atomi di idrogeno, creando una struttura tetraedrica.
Dove:
orbitali atomici = regioni nello spazio attorno al nucleo di un atomo dove è più probabile trovare un elettrone.
legami chimici = I legami chimici sono forze che tengono legati gli atoni in una molecola o in un composto. I legami chimici possono essere: legami covalenti, legami ionici, legami metallici, legame a idrogeno.
orbitale s = tipo di orbitale atomico con una forma sferica. Questo orbitale è il più semplice tra le tipologie di orbitali e si trova in ogni livello energetico di un atomo.
orbitali p = forma di orbitali atomici che hanno la forma caratteristica a doppio lobo.
legami covalenti = legame chimico che si forma quando due atomi condividono uno o più coppie di elettroni.

Esercizio sull'ibridazione
Cerchiamo di capire com'è la molecola dell'atomo di zolfo nella molecola SO3 se è ibridato sp2.

Praticamente dobbiamo solo eseguire delle considerazioni... partiamo.
SO₃ è la molecola di anidride solforica ed ha l'atomo di zolfo ibridato sp². Questo significa che uno degli orbitali s e due degli orbitali p dell'atomo di zolfo si combinano per formare tre nuovi orbitali ibridi.
Per quanto riguarda l'orientamento di questi orbitali sappiamo che sono orientati a 120° l'uno dall'altro creando una disposizione planare.

Nel nostro caso l'atomo di zolfo forma tre legami doppi con tre atomi di ossigeno e gli orbitali ibridi sp² dell'atomo di zolfo sono disposti in un piano, con angoli di 120° tra di loro.

Quindi possiamo concludere che la geometria della molecola dell'esercizio è trigonale piana

Conclusioni
Questo articolo può risultare complesso, a nelle conclusioni scriverò la sintesi di quanto descritto sopra. Sostanzialmente l'ibridazione degli orbitali atomici determina la geometria delle molecole. Questo influenza sia la disposizione degli atomi sia la forma complessiva della molecola. Nell'esempio visto sopra abbiamo descritto che nel caso dell'anidride solforica, grazie all'ibridazione sp² dell'atomo di zolfo, assume una struttura trigonale piana.

Domanda
Ricordate di aver studiato a scuola l'ibridazione? Se NO, ricordate almeno di aver mai esaminato la geometria delle molecole?

THE END