Determinación de la Hibridación Orbital: definición y ejemplos

Orbitales híbridos

Los orbitales híbridos se forman a partir de orbitales de electrones atómicos que se combinan para crear un orbital híbrido mixto. Por ejemplo, un orbital híbrido común es sp ³ (pronunciado sp-3, pero escrito como sp-cubed) que se crea a partir de un orbital s y tres orbitales p. Los orbitales híbridos comparten la energía de los electrones por igual. En este caso, hay cuatro orbitales en total formados por 25% s y 75% p, pero como se comparten uniformemente como orbitales híbridos, serán cuatro orbitales sp ³ en lugar de cada uno como individuo. El número de orbitales híbridos formados es igual al número de orbitales que se han combinado.

Un orbital s tiene forma esférica y puede contener un máximo de dos electrones. Un orbital p tiene forma de reloj de arena y puede contener un máximo de 8 electrones. Cuando los orbitales interactúan para formar un híbrido, el orbital s esférico se distribuirá al orbital p híbrido para hacer que un lóbulo del orbital p sea más grande y el otro más pequeño para formar una forma resultante similar a un globo aerostático con una canasta debajo. El lóbulo orbital híbrido más grande (donde la energía orbital s se ha agregado al lóbulo orbital p) forma la forma de un globo aerostático, mientras que el lóbulo orbital híbrido más pequeño (donde la energía orbital s se resta del lóbulo orbital p) forma la canasta del globo. Consulte la ilustración para aclarar las formas de los orbitales híbridos.

Los orbitales híbridos también se pueden formar a partir de orbitales s y d para formar una forma de pajarita, ya que la energía orbital esférica s se comparte desde el centro de la forma de reloj de arena del orbital ad. Un híbrido de orbitales s, p y d da como resultado una forma de pajarita desigual con más energía concentrada en un lado del orbital híbrido. Tenga en cuenta que estos orbitales contienen electrones que están en constante movimiento dentro de la nube orbital híbrida, pero que se comparten uniformemente dentro del orbital híbrido para permitir la unión con otros elementos y permitir compartir estos electrones al superponer los orbitales híbridos de dos elementos.

Los electrones, mientras están en movimiento continuo dentro de sus respectivos orbitales, repelerán a los electrones de otros orbitales vecinos dentro de la estructura atómica elemental. Esto creará una forma tridimensional a partir de los orbitales híbridos. El orbital sp ³ mencionado anteriormente tiene cuatro orbitales híbridos y creará una forma de tetraedro 3D con ángulos de enlace de 109,5 grados entre cada orbital híbrido (ya que los electrones repelen a los electrones vecinos). Consulte la ilustración para ver la forma 3D de los orbitales híbridos sp ³ del carbono.

Comprender la hibridación de los átomos y la forma tridimensional de los orbitales híbridos permite visualizar cómo se pueden formar enlaces covalentes entre los átomos. Por ejemplo, el etano (CH ₃ CH ₃ ) está compuesto de dos átomos de carbono individuales (cada uno con una estructura tetraédrica de cuatro orbitales sp ³ ) y seis átomos de hidrógeno (cada uno con un orbital s de forma esférica). Los ángulos de enlace siguen siendo los mismos ya que se forma un enlace covalente entre los átomos de carbono y se forman enlaces de hidrógeno entre tres átomos de hidrógeno en cada orbital sp ³ restante para cada carbono. Consulte la ilustración para ver la forma tridimensional del etano. Cada uno de estos enlaces es un enlace simple que permite compartir dos electrones en cada enlace. Por tanto, la hibridación del carbono en el etano es sp ³ con cuatro enlaces covalentes formados.

Cómo determinar la hibridación

Para determinar la hibridación de un átomo, se debe determinar el número de electrones de valencia disponibles para compartir y, por tanto, a cuántos átomos se puede unir. Los electrones se pueden compartir en enlaces covalentes simples o enlaces covalentes dobles (o enlaces triples que se analizan más adelante). La determinación de la hibridación (sp ³, sp ² o sp) dependerá del número de átomos unidos y también de si está presente un doble o triple enlace. Por ejemplo, si un átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos, tendrá que ser un átomo sp ³ hibridado. Si se utiliza un doble enlace para compartir electrones, entonces este átomo de carbono sólo estará unido a otros tres átomos, es un átomo sp ² hibridado. Además, si se utiliza un triple enlace de modo que este átomo de carbono sólo esté unido a otros dos átomos, ahora es un átomo con hibridación sp.

Cuando un enlace conecta dos átomos, permitiendo que dos electrones se compartan entre sus orbitales híbridos, se considera un enlace simple o enlace sigma. Cuando dos enlaces conectan dos átomos en un doble enlace, los enlaces se consideran un enlace sigma y un enlace pi. Para que los electrones se compartan en un doble enlace, los orbitales hibridados se alterarán para permitir que un orbital p no hibridado esté disponible para compartir electrones en un doble enlace. Por ejemplo, el carbono con un orbital s y tres orbitales p tendría cuatro orbitales hibridados sp ³ si formara enlaces covalentes simples (enlaces sigma), pero si el carbono formara un enlace doble (un enlace sigma y un enlace pi), entonces tendría un orbital p. orbital y tres orbitales hibridados sp ². El orbital p solitario formaría el enlace pi y los orbitales sp ² formarían enlaces sigma. Un enlace sigma se produce cuando dos orbitales híbridos se superponen, lo que permite que se produzca un enlace sencillo.

Vea la figura que muestra los enlaces pi entre el carbono y el hidrógeno en el etileno y el doble enlace entre los dos átomos de carbono que resulta en un enlace sigma y pi entre los orbitales p. De manera similar, en un triple enlace, como el del acetileno, hay un enlace sigma y dos enlaces pi. En este caso, hay dos orbitales híbridos sp y dos orbitales p. Los orbitales p forman los dos enlaces pi en el triple enlace. El triple enlace es más fuerte y más corto que un doble enlace.

Cómo determinar la hibridación de átomos:

• Tiene el potencial de unirse a otros cuatro átomos – sp ³
• Tiene el potencial de unirse a otros tres átomos – sp ²
• Tiene el potencial de unirse a otros dos átomos – sp
• Utiliza sólo enlaces simples sigma – sp ³
• Utiliza un doble enlace – sp ²
• Utiliza un triple enlace – sp

Tipos de enlaces utilizados en átomos hibridados:

• Enlace sigma: comparte electrones entre orbitales híbridos en dos átomos.
• Enlace Pi: comparte electrones entre dos orbitales p en un enlace doble o triple.
• Enlace Pi: más fuerte y más corto que un enlace sigma

Hibridación SP

En el caso de los enlaces triples, se necesitan dos orbitales p para dos enlaces del triple enlace. Con átomos que normalmente forman orbitales híbridos sp ³, esto dejará dos orbitales p restantes para hibridar con el orbital s, lo que dará como resultado dos orbitales híbridos sp y dos orbitales p. Los orbitales p formarán enlaces pi como parte de un triple enlace más fuerte y más corto, ya que los electrones se mantendrán estrechamente entre los dos átomos. Los dos orbitales sp pueden formar dos enlaces pi, siendo uno de estos enlaces el centro del triple enlace. Consulte la imagen de acetileno que demuestra el triple enlace y la hibridación sp.

Acetileno

Moléculas con hibridación sp:

• Acetileno
• Monóxido de carbono
• Gas nitrógeno
• acetonitrilo

Hibridación SP, SP2 y SP3

La hibridación ocurre cuando los orbitales atómicos (s, p y d) se mezclan para formar un orbital híbrido que comparte electrones de manera uniforme dentro del orbital hibridado y permite que se produzcan enlaces covalentes entre los átomos. Compartir electrones por igual dentro del orbital híbrido reduce la energía neta de los orbitales hibridados. Cuando un átomo tiene cuatro electrones de valencia disponibles para compartir, se considera un átomo con hibridación sp ³ porque tiene el potencial de unirse a otros cuatro átomos. Algunos ejemplos de hibridación sp ³ son metano (el carbono está unido a cuatro hidrógenos), etano (carbono unido a un carbono y tres hidrógenos) y agua (oxígeno unido a dos hidrógenos y dos electrones libres no unidos). La forma de hibridación sp ³ es tetraédrica.

Si un átomo tiene tres electrones de valencia o está unido o puede potencialmente unirse a otros tres átomos, se considera un átomo con hibridación sp ². Algunos ejemplos de hibridación sp ² son etileno (carbono unido a dos hidrógenos y doble enlace a otro carbono), trifluoruro de boro (boro unido a tres átomos de fluoruro) y borano (boro unido a tres hidrógenos). La forma de hibridación sp ² es plana trigonal.

Para los átomos con hibridación sp, habrá dos electrones de valencia, o el átomo estará unido a otros dos átomos, o tendrá el potencial de unirse a otros dos átomos. Ejemplos de átomos con orbitales híbridos sp son el acetileno (carbono unido a hidrógeno y con triple enlace a otro carbono) y el cloruro de berilio (berilio unido a dos átomos de cloruro). La forma de hibridación sp es lineal.

Consulte la tabla de orbitales híbridos para conocer los ángulos de enlace, la fuerza de enlace, las formas y ejemplos de cada tipo de orbital híbrido.

Resumen de la lección

La hibridación ocurre cuando los orbitales atómicos (s, p y d) se mezclan para formar un orbital híbrido que comparte electrones de manera uniforme dentro del orbital hibridado y permite que se produzcan enlaces covalentes entre los átomos. Los orbitales híbridos son una combinación de orbitales de electrones individuales (s, p y d) que reducen la energía neta del orbital hibridado al compartir electrones de manera uniforme dentro del orbital. Por tanto, la energía neta de una molécula con orbitales híbridos es menor que la de los átomos aislados. Cada orbital híbrido (que contiene electrones de valencia) está disponible para unirse a otros átomos. Los átomos con cuatro electrones de valencia y, por tanto, con potencial para unirse a otros cuatro átomos, tienen orbitales híbridos sp ^3.

Estos orbitales híbridos se crean a partir de uno s y tres orbitales p combinados y distribuidos equitativamente para formar una forma tetraédrica preparada para unir covalentemente otros átomos. Un átomo hibridado sp ² podría unir hasta tres átomos con un posible doble enlace. Un enlace covalente simple está formado por un enlace sigma donde dos orbitales híbridos se superponen para compartir electrones entre dos átomos. Un doble enlace utiliza un enlace sigma y un enlace pi. Un enlace pi comparte electrones entre los orbitales p no hibridados de dos átomos. Un átomo con hibridación sp podría unir dos átomos con un posible triple enlace. Un triple enlace utiliza un enlace sigma y dos enlaces pi para mantener los electrones muy cerca entre dos átomos, lo que hace que el triple enlace sea el enlace covalente más fuerte y más corto.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador