4.3.- Sustancias moleculares

4.3.7.- Hibridación de orbitales.

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.

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:

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:

 

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:

 

La molécula de tretrahidruro de carbono o metano es tretragonal.

 

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:

La molécula de hexafluoruro de azufre tiene una estructura espacial octoédrica.

 

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