Hibridación
Cuando piensa en híbrido, puede pensar en un automóvil, como el Toyota Prius, o en un animal, como el zebroid o el ligre. Pero en esta lección, usamos el término «híbrido» para referirnos a los orbitales de los electrones en los átomos.
La hibridación es la mezcla de dos o más orbitales atómicos para formar nuevos orbitales que describen el enlace covalente en las moléculas. La hibridación orbital muestra las relaciones entre la geometría de una molécula y los orbitales de los electrones de enlace. La hibridación funciona porque la energía neta de los orbitales de los electrones de enlace hibridados se reduce en comparación con los orbitales no hibridados.
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Teoría de la hibridación orbital
Para descubrir la hibridación, necesitamos conocer los electrones de valencia en los átomos participantes y la teoría del enlace de cenefa. La teoría del enlace de valencia dice esencialmente que todos los enlaces están formados por un átomo que dona un electrón de valencia a otro átomo para completar su octeto. La teoría, combinada con el conocimiento de los electrones de valencia, nos dice cuántos enlaces hay entre dos átomos en una molécula. La teoría VSEPR, como aprendió anteriormente, ayuda a predecir la forma de una molécula en función de la repulsión de los electrones en los orbitales. Sin embargo, la teoría VSEPR no explica todas las interacciones que los científicos ven en las moléculas. Entonces han desarrollado el concepto de hibridación orbital.
Tomemos el metano como ejemplo (CH4). El átomo de carbono tiene cuatro electrones de valencia: dos en el orbital 2S y dos en el orbital 2P. Con lo que ha aprendido, puede que no tenga sentido que estos cuatro electrones formen enlaces en forma tetraédrica, porque dos electrones en el orbital S ya están emparejados en comparación con los dos electrones del orbital P individuales. Puede pensar que solo tendría tres orbitales, no cuatro.
También sabe que el orbital S es esférico y el orbital P tiene forma de mancuerna. Para explicar el enlace conocido del átomo de carbono, debe asumir que las órbitas 2S y 2P se combinan y reorganizan para formar cuatro orbitales. En otras palabras, se hibridan.
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Una buena analogía para comprender la hibridación es el agua coloreada. Comience con un vaso de precipitados con 50 ml de agua roja que representa el orbital 2S y tres vasos, cada uno con 50 ml de agua azul, que representan tres orbitales 2P. Mezcle los cuatro vasos y obtenga 200 ml de agua violeta. Divida el agua violeta en cuatro vasos de precipitados con 50 ml en cada uno. Estos son los orbitales híbridos. Así como cada uno de los vasos está hecho de una mezcla de agua roja y azul, cada orbital híbrido está hecho de una mezcla de orbitales 2S y 2P.
Sigma y Pi
Hay dos tipos de enlaces covalentes: el sigma muy fuerte y el pi no tan fuerte. El enlace sigma se produce cuando dos orbitales se superponen directamente pero solo hay una interacción de enlace. Un enlace pi es más débil que el enlace sigma. Esta superposición ocurre cuando dos orbitales se superponen y hay dos interacciones de enlace. Parece que dos mancuernas se colocan una al lado de la otra y se superponen.
Número de orbitales
El número de orbitales híbridos que se forman es igual al número de orbitales que se han combinado. Entonces, en el caso del metano, hay un orbital S y tres orbitales P para un total de cuatro. Hay tres orbitales P, aunque solo hay electrones en dos de ellos. Esto está escrito como sp3. El superíndice de tres muestra que se incluyeron tres orbitales P en la hibridación.
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Las cuatro órbitas del carbono están ubicadas a 109,5 grados de distancia. Esto permite que los orbitales estén lo más separados posible entre sí, lo que conduce a una forma tetraédrica. Cada uno de estos orbitales tiene un electrón del carbono y puede superponerse o fusionarse con otro átomo que tenga espacio en su orbital de electrones. Esto forma un enlace covalente porque comparten sus electrones entre dos átomos.
Si un átomo tiene solo dos electrones para compartir, como en el oxígeno, los niveles de la capa de energía de los electrones se ven así. Puede ver que tiene un orbital S y dos orbitales P (el tercer orbital p está lleno), por lo que se designa como sp2. Cuando dibuja una imagen orbital de él, tiene tres órbitas totales, que tienen un ángulo de 120 grados y son planas o planas.
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Resumen de la lección
Las reglas de hibridación se pueden resumir:
La hibridación no es para átomos individuales. Es un modelo utilizado para explicar el enlace covalente entre dos o más átomos.
- La hibridación es la mezcla de dos orbitales atómicos, como los orbitales S y P.
- Un orbital híbrido no es un orbital puro, por lo que los orbitales híbridos y los orbitales atómicos puros tienen formas diferentes.
- El número de orbitales híbridos es el mismo que el número de orbitales atómicos que participan en el proceso.
- Aunque la hibridación requiere energía, el sistema tiene una pérdida neta de energía debido a la menor energía de enlace de cada enlace.
- Los enlaces covalentes se forman por la superposición de orbitales híbridos.
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