Quimica teoría de la hibridación

Explique la teoría de la hibridación.

Hibridación:

La hibridación consiste en la mezcla de orbitales puros en un estado excitado para formar orbitales híbridos equivalentes con orientaciones determinadas en el espacio.

El carbono tiene un número atómico 6 y número de masa 12; en su núcleo tiene 6 protones y 6 neutrones y está rodeado por 6 electrones, distribuidos de la siguiente manera:

Dos en el nivel 1s

Dos en el nivel 2s

Dos en el nivel 2p

Estado basal y estado excitado

Su configuración electrónica en su estado natural es:

1s² 2s² 2px¹ 2py¹ 2pz (estado basal).

Se ha observado que en los compuestos orgánicos el carbono es tetravalente, es decir, que puede formar 4 enlaces.

Cuando este átomo recibe una excitación externa, uno de los electrones del orbital 2s se excita al orbital 2pz , y se obtiene un estado excitado del átomo de carbono:

1s² 2s¹ 2px¹ 2py¹ 2pz¹ (estado excitado).

Hibridación sp³ (enlace simple C-C)

En seguida, se hibrida el orbital 2s con los 3 orbitales 2p para formar 4 nuevos orbitales híbridos que se orientan en el espacio formando entre ellos, ángulos de separación 109.5°. Esta nueva configuración del carbono hibridado se representa así:

1s² (2sp³)¹ (2sp³)¹ (2sp³)¹ (2sp³)¹

A cada uno de estos nuevos orbitales se los denomina sp³, porque tienen un 25% de carácter S y 75% de carácter P. Esta nueva configuración se llama átomo de carbono híbrido, y al proceso de transformación se llama hibridación.

De esta manera, cada uno de los cuatro orbitales híbridos sp³ del carbono puede enlazarse a otro átomo, es decir que el carbono podrá enlazarse a otros 4 átomos, así se explica la tetravalencia del átomo de carbono.

Debido a su condición híbrida, y por disponer de 4 electrones de valencia para formar enlaces covalentes sencillos, pueden formar entre sí cadenas con una variedad ilimitada entre ellas: cadenas lineales, ramificadas, anillos, etc. A los enlaces sencillos –C-C- se los conoce como enlaces sigma. 2s con todos los P (x,y,z).

Hibridación sp3 para el CH4

Hibridación sp² (enlace doble C=C)

Los átomos de carbono también pueden formar entre sí enlaces dobles y triples, denominados insaturaciones. En los enlaces dobles, la hibridación ocurre entre el orbital 2s y dos orbitales 2p, y queda un orbital p sin hibridar. A esta nueva estructura se la representa como:

1s² (2sp²)¹ (2sp²)¹ (2sp²)¹ 2pz¹

Al formarse el enlace doble entre dos átomos, cada uno orienta sus tres orbitales híbridos con un ángulo de 120°, como si los dirigieran hacia los vértices de un triángulo equilátero. El orbital no hibridado queda perpendicular al plano de los 3 orbitales sp².

A este doble enlace se lo denomina π (pi), y la separación entre los carbonos se acorta. Este enlace es más débil que el enlace σ (sigma) y, por tanto, más reactivo.

Este tipo de enlace da lugar a la serie de los alquenos.

Hibridación sp2 para el etileno

Hibridación sp (enlace triple C≡C)

El segundo tipo de insaturación es el enlace triple: el carbono hibrida su orbital 2s con un orbital 2p. Los dos orbitales p restantes no se hibridan, y su configuración queda:

1s² 2(sp)¹ 2(sp)¹ 2py¹ 2pz¹

Al formarse el enlace entre dos carbonos, cada uno traslada uno de sus 2 orbitales sp para formar un enlace sigma entre ellos; los dos orbitales p sin hibridar de cada átomo se traslapan formando los dos enlaces (π) restantes de la triple ligadura, y al final el último orbital sp queda con su electrón disponible para formar otro enlace.

A los dos últimos enlaces que formaron la triple ligadura también se los denomina enlaces pi, y todo este conjunto queda con ángulos de 180° entre el triple enlace y el orbital sp de cada átomo de carbono, es decir, adquiere una estructura lineal.

La distancia entre estos átomos se acorta más, por lo que es incluso más reactivo que el doble enlace.

Hibridación sp para el etino

Conclusión

Así pues, se concluye que la unión entre átomos de carbono da origen a tres geometrías, dependiendo de su enlace:

Enlace sigma: Tetraédrica.

Enlace sigma-pi: Trigonal plana.

Enlace 2-sigma-pi: Lineal.

Al igual que el átomo de carbono, el N también puede formar orbitales híbridos. El N posee tres enlaces en las moléculas orgánicas y un par de electrones no enlazantes. La forma de hibridar es idéntica a la del C con la única diferencia que uno de los orbitales híbridos contiene un par de electrones no enlazantes, mientras que los otros forman los enlaces.

El nitrógeno puede formar híbridos sp3 en las aminas, sp2 en la iminas y sp en los nitrilos.

HIBRIDACIÓN DEL NITRÓGENO

En el caso del amoniaco, el N forma tres enlaces σ del tipo Nsp3 –H1s y el par de electrones no enlazantes se encuentra en un orbital híbrido sp3. El ángulo de enlace es un

...