Hibridacion

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(1)Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. Orbitales Atómicos e Hibridación Recordemos la configuración electrónica de los elementos según el modelo cuántico.. Las zonas sombreadas corresponden al lugar en donde se encuentra mayor probabilidad de encontrar un electrón. En algunas moléculas se presenta el problema de explicar cómo a partir de orbitales atómicos diferentes se pueden formar enlaces idénticos. Hay que suponer que durante la reacción se produce un proceso de hibridación o recombinación de orbitales atómicos puros, resultando unos nuevos orbitales atómicos híbridos. Dichos orbitales se caracterizan por: 1. Se produce el mismo número de orbitales híbridos que orbitales atómicos de partida. 2. Son todos iguales, energéticamente y formalmente. Sólo se diferencian en su orientación espacial. 3. Para que pueda existir hibridación, la energía de los orbitales atómicos de partida debe ser muy similar. 4. Los ángulos entre ellos son iguales.. 1.

(2) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. El proceso de hibridación consiste en la combinación de dos o más orbitales atómicos puros para obtener la misma cantidad de orbitales híbridos. Los orbitales que se combinan siempre deben de estar en la misma órbita o nivel de energía; así, si se combina un orbital s de la órbita dos, con un orbital p de la misma órbita, se obtienen dos orbitales híbridos denominados orbitales sp, y entonces se dice que el átomo tiene una hibridación sp; por otro lado, si se combina un orbital s de la órbita dos, con dos orbitales p de la misma órbita, se obtienen tres orbitales híbridos denominados orbitales sp2, y entonces se dice que el átomo tiene una hibridación sp2 y así sucesivamente hasta llegar a la hibridación sp3d2. Dado que la primera órbita solo contiene un orbital 1s, no es posible ninguna hibridación; en la órbita dos existe un orbital 2s y tres orbitales 2p, por lo que ya son posibles las hibridaciones sp, sp2 y sp3; finalmente, a partir de la órbita tres ya existen orbitales s, p y d, por lo cual ya son posibles las cinco hibridaciones conocidas sp, sp2, sp3, sp3d y sp3d2. En una molécula, los átomos terminales no presentan hibridación; en cambio, los átomos centrales (que se encuentran entre dos o más átomos), pueden presentar diferentes hibridaciones. Antes de tratar de establecer que hibridación presenta un determinado átomo, se debe tener en cuenta lo siguiente: · ·. ·. Los enlaces sigma (σ), son enlaces sencillos de baja energía que se forman con orbitales híbridos. Los enlaces pi (π), son enlaces de alta energía que se forman con orbitales p o d puros (no hibridados); de tal forma que, en un doble enlace se tienen un enlace σ y un enlace π; en cambio, en un triple enlace, se tiene un enlace σ y dos enlaces π. Los pares electrónicos libres, se encuentran localizados en orbitales híbridos.. Vamos a ver algunos ejemplos: a) Hidruro de berilio (BeH2); hibridación sp: El Berilio tiene de número atómico Z = 4 y su estructura electrónica es:. Con lo que al no tener electrones desapareados, no podría formar enlaces covalentes. Sin embargo, con un poco de energía, adquiere la siguiente configuración:. Ya que al tener los orbitales atómicos 2s y 2p energías muy parecidas, resulta fácil que un electrón de los situados en el orbital 2s pase a ocupar un orbital 2p vacío evitando así la repulsión que podría existir al haber dos electrones en el mismo orbital 2s. De esta manera, al tener dos electrones desapareados podría formar dos enlaces covalentes. Al unirse con el hidrógeno, se puede pensar que el estar los dos electrones en orbitales atómicos distintos (en energía, forma, tamaño y orientación), los enlaces sean distintos, pero experimentalmente se comprueba que los dos enlaces son idénticos. Esto se explica diciendo que ha habido una homogeneización de un orbital s y otro p (hibridación sp). Se forman dos orbitales híbridos sp:. 2.

(3) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. Sucediendo lo siguiente:. La molécula de hidruro de berilio es lineal.. b) Borano (BH3); hibridación sp2: El Boro tiene de número atómico Z = 5 y su estructura electrónica es:. Al tener un electrón desapareado, sólo podría formar un enlace. Sin embargo, por la misma razón que en el caso anterior, con un poco de energía, adquiere la siguiente configuración:. Así, al tener tres electrones desapareados puede formar tres enlaces covalentes. Pero, al igual que antes los tres enlaces son iguales a pesar de que los orbitales atómicos en los que están los electrones a compartir son distintos. En este caso se produce una homogeneización de un orbital s y dos p (hibridación sp2). Se producen tres orbitales híbridos sp2:. La molécula de trihidruro de boro o borano es trigonal, cada enlace está separado del otro formando un ángulo de 120 º:. 3.

(4) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. Sucediendo lo siguiente:. c) Metano (CH4); hibridación sp3: El Carbono tiene de número atómico Z = 6 y su estructura electrónica es:. Tiene dos electrones desapareados y puede formar dos enlaces. Así es su configuración cuando actúa con valencia 2. Pero la mayoría de los compuestos del carbono tienen lugar cuando éste actúa con valencia 4, adquiriendo la siguiente configuración:. Así, al tener cuatro electrones desapareados puede formar cuatro enlaces covalentes. Experimentalmente, también se ha comprobado que los cuatro enlaces son iguales, produciéndose una homogeneización de un orbital s y tres p (hibridación sp3). Se producen cuatro orbitales híbridos sp3:. 4.

(5) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. La molécula de tetrahidruro de carbono o metano es tretragonal.. Sucediendo lo siguiente:. d) Hexafluoruro de azufre (SF6); hibridación sp3d2: El Azufre tiene de número atómico Z = 16 y su estructura electrónica es:. Tiene dos electrones desapareados y puede formar dos enlaces. Así es su configuración cuando actúa con valencia 2. Pero, al tener los orbitales 3d una energía similar a la de los 3s y 3p, con un poco más de energía, desaparea todos sus electrones adquiriendo la configuración:. Los seis enlaces que puede formar son iguales, produciéndose una homogeneización de un orbital s, tres p y dos d, es decir, se forman seis orbitales híbridos sp3d2:. 5.

(6) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. La molécula de hexafluoruro de azufre tiene una estructura espacial octoédrica.. Sucediendo lo siguiente:. La superposición de orbitales híbridos sigma o pi se da de la siguiente forma: Ej. Etano (C2H6): Enlace sigma. 6.

(7) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. Ej. Eteno (C2H4): Enlace Pi. Teniendo en cuenta lo anterior, se propone la siguiente metodología para establecer la hibridación de un determinado átomo en una molécula: 1. Se dibuja la estructura de Lewis más estable para la molécula. 2. Se establece el diagrama de orbitales del átomo en cuestión; dibujando los orbitales atómicos de la órbita que corresponde al periodo en que se localiza el átomo. 3. Los orbitales anteriores, se van ocupando con los electrones de valencia que tiene el átomo, siguiendo el principio de construcción progresiva de la configuración electrónica. 4. Se verifica si el átomo en cuestión presenta o no carga eléctrica. Si presenta una o más cargas positivas, se quitan tantos electrones (de los orbitales dibujados) como cargas positivas presente el átomo. Si presenta una o más cargas negativas, se adicionan tantos electrones (a los orbitales dibujados) como cargas negativas presente el átomo. 5. Se realiza la promoción de uno o más electrones de un orbital (s o p) a otro de mayor energía (p o d). Para saber cuantos electrones se deben de promover, se determina cuántos enlaces (σ y π) tienen el átomo; de esta manera, se promueven los electrones que sean necesarios para tener tantos orbitales con un solo electrón, como enlaces tenga el átomo.. 7.

(8) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. 6. Se combinan los orbitales atómicos puros para obtener orbitales híbridos. Para saber cuantos orbitales atómicos puros se combinan, se determina cuántos enlaces σ y cuántos pares electrónicos libres tiene el átomo; el número total de enlaces σ y de pares electrónicos libres corresponde al número de orbitales a combinar. A continuación se dan algunos ejemplos de cómo establecer la hibridación para los átomos de algunas moléculas: Ejemplo 1: Establecer la hibridación del átomo de carbono en la molécula de NaHCO3 Paso 1: La estructura de Lewis de la molécula es:. Paso 2: El átomo de carbono esta en el segundo periodo; por lo tanto, se van a dibujan los orbitales 2s y 2p en el diagrama de orbitales.. Paso 3: Como el átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia; entonces, se distribuyen cuatro electrones en los orbitales anteriores, siguiendo el principio de construcción progresiva.. Paso 4: El átomo de carbono no presenta carga; por lo tanto se omite este paso. Paso 5: Con base en la estructura de Lewis, se puede determinar que el átomo tiene cuatro enlaces (3 σ y 1 π); por lo tanto, se debe de promover un electrón del orbital 2s al orbital 2pz, para tener cuatro orbitales con un solo electrón, quedando:. 8.

(9) Profesor Ariel Miranda Química Orgánica. Paso 6: Nuevamente, con base en la estructura de Lewis, se puede determinar que el átomo de carbono tiene tres enlaces σ sin pares electrónicos libres; por lo tanto, solo deben de hibridarse tres orbitales, para obtener tres orbitales híbridos, quedando un electrón en un orbital p puro, el cual se utiliza para formar el doble enlace:. 9.

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