1

Para describir la manera en la que se organiza la molécula de una sustancia,

será muy conveniente que tomes en consideración los siguientes puntos:

i. Identifica a qué sistema ABnEm pertenece la molécula (o la sección de

ella) que deseas analizar. A es el átomo central, B es un átomo ligante y

E es un par de electrones no enlazante (o “n”).

ii. Identifica qué sistema de orbitales híbridos es el adecuado para el átomo

central: sp para n + m = 2; sp2 para n + m = 3, sp3 para n + m = 4, sp3d

para n + m = 5 y sp3d2 para n + m = 6.

iii. Los orbitales híbridos están involucrados en la formación de enlaces y

para contener los pares de electrones “n”. Son los que dictan la geometría

molecular.

iv. Nunca se construye un enlace empleando orbitales híbridos.

i. Establézcanse cuáles son los

orbitales involucrados en la

formación de la molécula de etileno.

C C

H

H H

H

1. ANÁLISIS DE LA ARQUITECTURA

MOLECULAR (ESTRUCTURA DE LEWIS).

La molécula de etileno presenta un

plano de simetría que la divide en

secciones idénticas y que atraviesa

perpendicularmente el enlace C=C;

ambas secciones por tanto poseen

una relación especular:

C C

H

H H

H1

2 3

4

1 2

Así pues, bastará realizar un

análisis de lo que le sucede a una de

estas secciones para saber lo que en

la otra acontece.

2

2. HIBRIDACIÓN DE LOS ÁTOMOS Y

FORMACIÓN DE ENLACES .

El átomo central sobre el que

iniciaremos nuestro el análisis es el

C1. Como puede verse en la

representación de la molécula, éste

se encuentra unido a tres átomos

ligantes: H1, H2 y C2. Con cada uno

de éstos establece, por definición, un

enlace , y no posee pares de

electrones “n” sin compartir.

Concluimos pues a partir de lo

anterior que C1 se encuentra

inmerso dentro de un sistema AB3,

lo que precisa entonces de la

participación de un conjunto de tres

orbitales híbridos sp2 dentro de su

capa de valencia.

La capa de valencia del C

descrita por Schrödinger está

constituida por los orbitales 2s, 2px,

2py y 2pz:

xy

z

2pz2px 2py

2s

Para obtener el conjunto

híbrido sp2 que se necesita, se puede

optar por combinar linealmente (es

decir, “mezclar”) a los orbitales 2s,

2px y 2py, proceso que se ilustra a

continuación:

2s

2px 2py 2pz hibridación2pz

sp2 sp2 sp2

Orbitales de capa de valencia

del C según Schrödinger.

Orbitales de capa

de valencia del C

con hibridación sp2.

Es importante que no pierdas de vista que

puedes seleccionar cualquier par de orbitales

p para construir un sistema híbrido sp2; lo

único que variará en cada caso será el plano

sobre el cual descansarán los tres lóbulos,

estando ello en función de la direccionalidad

de los orbitales p utilizados. En nuestro caso

por ejemplo, al haber seleccionado (de manera

completamente arbitraria) a los orbitales px y

py, el sistema sp2 resultante descansará en el

plano xy, como se ve en la siguiente

representación. Sin embargo, su “aspecto”

será el mismo.

La nueva capa de valencia del

C1, incluyendo el conjunto de

orbitales híbridos sp2, presenta el

siguiente aspecto:

xy

z

sp2

sp2

sp2

2pz

Con respecto a los átomos ligantes,

los de H1 y H2 no se hibridan por

dos razones: primero porque son

terminales (no se encuentran unidos

a otro átomo), y segundo porque no

cuentan con otro orbital en su capa

de valencia (sólo cuenta con el

orbital 1s). En el caso del C2, y

apoyándonos en lo que antes

discutimos sobre la simetría de la

3

molécula, éste deberá tener la

misma hibridación que el C1: sp2.

3. REPRESENTACIÓN DEL ESQUELETO

.

Puesto que de entrada los orbitales

que nos interesan son los sp2 del C1

para poder formar los enlaces

covalentes , ignoraremos por el

momento al 2pz, el único que se

conserva puro tras el proceso de

hibridación puesto que no intervino

en él.

Para establecer los tres

enlaces , el C1 deberá “colocar” en

cada orbital híbrido sp2 un electrón

de los cuatro que posee de su capa

de valencia para poder unirse a los

tres átomos ligantes:

2pz

sp2 sp2 sp2

con H1

con H2

con C2

lo que equivale a

xy

z

2pz

sp2 sp2 sp2

H1 y H2 poseen un electrón

en su orbital 1s, que como dijimos,

es con el único que cuentan:

1s

Cada uno de ellos se unirá a un lóbulo

híbrido del C1 para establecer su enlace

C-H:

xy

z sp2-s

sp2-s

CH

H

El tercer enlace , el C1-C2, se

formará con uno de los orbitales

híbridos del C2, que como dijimos,

también será sp2:

xy

z sp2-sp

2

CH

HC

Por su parte, H3 Y H4 se unen a

C2 de manera similar a como H1 y H2

se unieron con C1:

xy

z

CH

HC

H

H

con lo que el sistema de enlaces

(esqueleto o framework) queda

descrito completamente.

4. FORMACIÓN DEL ENLACE .

Hasta el momento se ha

hecho uso de tres de los cuatro

electrones de capa de valencia del

C1. Este electrón deberá ingresar en

el orbital que no ha sido aún

4

empleado, el 2pz, ya que todos los

demás han intervenido en la

construcción del esqueleto y se

encuentran saturados (esto es,

cuentan con dos electrones cada

uno):

xy

z

CH

HC

H

H

2pz

sp2 sp2 sp2

electrón del H1

electrón del H2 electrón del C2

H1

H2

C1 C2

Representemos esto en el

siguiente diagrama

xy

z

CH

HC

H

H

2pz

sp2 sp2 sp22pz

El C2 se encuentra en

situación idéntica:

xy

z

CH

HC

H

H

2pz 2pz

Contabilizando electrones,

cada carbono posee uno desapareado

(sin compartir), además de los seis

involucrados en los tres enlaces , lo

que da un total de siete. Así pues,

para completar su octeto C1 y C2

requieren de uno más, lo que

consiguen al traslapar mutuamente

sus orbitales 2pz para compartir sus

electrones desapareados y formar el

último enlace: el .

xy

z

CH

HC

H

H

2pz 2pzenlace

con lo que la molécula queda

completamente descrita.

5. CONCLUSIONES.

a. La molécula de etileno consta

de dos átomos de carbono,

cada uno de los cuales se

halla unido a tres átomos

ligantes; al no contar con

pares de electrones “n”, se

concluye que ambos se

encuentran inmersos en un

sistema AB3 y que poseen

hibridación sp2.

b. Dos de estos átomos ligantes

son de H, cuya capa de

valencia está formada por su

único orbital 1s. Con ellos

cada carbono establece una

unión definida como sp2-s

en términos de los orbitales

de cada átomo que se

traslapan (o combinan) para

establecerlos.

c. Entre los dos carbonos hay un

enlace doble; uno definido

como sp2-sp2, y uno ,

5

definido como p-p. Este

último se establece al

combinarse los orbitales 2pz

de cada átomo y el electrón

que contienen para saturar

mutuamente su octeto.

d. Se prevé que la molécula sea

plana, dado que solo si los

sistemas de orbitales híbridos

sp2 de C1 y C2 involucran la

misma combinación lineal de

orbitales híbridos (2s + 2px +

2py) podrán contar con los

orbitales de la simetría y

direccionalidad adecuada, los

2pz, para poder construir el

enlace . Así pues, todos los

átomos estarán inscritos (o

contenidos) dentro del plano

xy. Todo esto coincide con la

realidad: observa las

siguientes representaciones.

Modelo

molecular del

etileno. Se

representa

únicamente el

esqueleto .

Representación

computacional

del etileno con el

enlace arriba y

abajo del

esqueleto .

ii. Establézcanse cuáles son los

orbitales involucrados en la

formación de la molécula de cloruro

de tionilo, SOCl2.

1. ANÁLISIS DE LA ARQUITECTURA

MOLECULAR (ESTRUCTURA DE LEWIS).

En este caso se nos proporciona sólo

la fórmula molecular por lo que

iniciaremos nuestro trabajo

obteniendo primeramente la

estructura de Lewis. El átomo

central es de S, que pertenece a la

familia VI:

S

No adicionamos o removemos

electrones debido a que no se halla

presente ninguna carga eléctrica.

Reconocemos como átomos ligantes

a dos de Cl (monovalentes) y a uno

de O (divalente). La estructura de

Lewis queda entonces así:

S

:Cl:..Cl:....

:O..

2. HIBRIDACIÓN DE LOS ÁTOMOS Y

FORMACIÓN DE ENLACES .

El análisis de la estructura de Lewis

indica que el S está inmerso en un

sistema estructural AB3E, por lo

que su hibridación será sp3:

6

:O:

S

:Cl:

Cl:..

..

..1

2

La capa de valencia del S está

formada por los orbitales de los

subniveles 3s (uno), 3p (tres) y 3d

(cinco):

xy

z

3pz3px 3py

3s

3dx2-y2 3dz2

3dyz3dxy 3dxz

la cual se reorganiza como sigue al

considerar la hibridación sp3 para el

S:

3s

3px 3py 3pzhibridación

sp3 sp3 sp3 sp3

Orbitales de capa de valencia

del S según Schrödinger.

Orbitales de capa

de valencia del S

con hibridación sp3.

3dxy 3dxz 3dyz 3dz2 3dx2-y2 3dxy 3dxz 3dyz 3dz2 3dx2-y2

Los átomos de Cl1, Cl2 y el de O no

se hibridan por ser terminales.

3. REPRESENTACIÓN DEL ESQUELETO

.

El S establece dos covalencias con

Cl1 y Cl2 haciendo uso de dos de sus

electrones de capa de valencia; otros

dos electrones conforman su par de

electrones “n” no enlazantes; un

quinto electrón lo usa para

enlazarse vía al oxígeno:

con Cl1

con Cl2

con O

sp3 sp3 sp3 sp3

3dxy 3dxz 3dyz 3dz2 3dx2-y2

para el par

"n"

Lo que equivalente con:

sp3 sp3 sp3 sp3

3dxy 3dxz 3dyz 3dz2 3dx2-y2

xy

z

7

Para saber cuáles son los orbitales

de los átomos ligantes que

intervienen para unirse con el S, es

necesario analizar sus respectivas

configuraciones electrónicas. La

capa de valencia de los átomos de Cl

está conformada por los orbitales de

los subniveles 3s y 3p, la cual

podemos representar como sigue (el

Cl pertenece a la familia VII):

3s3p

Para Cl1 y Cl2

Así pues, los átomos de Cl se

traslaparán con el S haciendo uso

del orbital 3p que está semilleno

para formar sus correspondientes

enlaces :

xy

z

Cl1

Cl2

S

3s3p

En el caso de los átomos de Cl, nos

conformamos con saber que quien

interviene de parte de éstos en el

enlace será un orbital 3p. Puedes

seleccionar el que desees, ya que los

tres tienen la misma oportunidad de

contener el electrón desapareado

involucrado en la unión . Los tres

pares de electrones sin compartir de

cada Cl son los que quedan en el 3s

y en los restantes orbitales 3p:

S

:Cl:..Cl:....

:O..

xy

z

3s3p

Con el O la situación no es

tan simple puesto que su unión es

doble. La capa de valencia de este

elemento es idéntica a la del

carbono, y cuenta con seis

electrones:

Para el O2s 2px 2py 2pz

que representamos así:

xy

z

2pz2px 2py

2s

Si consideramos la direccionalidad que

poseen los lóbulos de cada uno de estos

orbitales buscando aquél con el que se

genere el mejor traslapo con el S (para

establecer el enlace más fuerte posible),

nos damos cuenta que éste es el 2pz,

cuyos lóbulos orientados sobre el eje

de las “z” “apuntan” directamente

hacia el lóbulo híbrido sp3 del S que

falta por considerar. De esta

manera, el enlace S-O, queda

como sigue.

8

xy

z

Cl1

Cl2

S

O 2pz del OS-O sp3-p

sp3 del S

Lo que completa los enlaces :

xy

z

Cl1

Cl2

S

O

2s 2px 2py 2pz

sp3 sp3 sp3 sp3

3dxy 3dxz 3dyz 3dz2 3dx2-y2

con S

par"n"

par"n"

orbitalesdel S

orbitalesdel O

Al esqueleto pertenecen

también los pares de electrones sin

compartir del O:

S

:Cl:..Cl:....

:O..

los cuales corresponden con los dos

pares de electrones presentes en los

orbitales 2s y 2px del O:

xy

zO

S

:Cl:

Cl:..

..

..1

2

2s 2px 2py 2pz

con S

par"n"

par"n"

Así pues, el esqueleto ha sido

completado.

No pierdas de vista dos

puntos muy importantes: (1) no se

ha discutido nada hasta el momento

acerca del papel que juega el

electrón desapareado del O ubicado

en su orbital 2py, y (2) falta discutir

el papel que desempeña el sexto

electrón del S. Este resultado

parcial es muy significativo: a cada

átomo le “sobra” un electrón, y con

ellos podrán establecer el segundo

enlace entre ellos. Podemos tomar

como guía para ello el orbital

semiocupado 2py del O.

4. FORMACIÓN DEL ENLACE .

El S debe alojar en alguno de

sus orbitales 3d vacíos al último de

sus electrones. Para elegir cuál es el

adecuado, consideraremos la

direccionalidad de sus lóbulos y la

fase matemática (color) del otro

orbital que participará en la unión:

el 2py del O,

9

2py

Los orbitales 3dx2-y2 y 3dxy

quedan descartados porque sus

lóbulos carecen de direccionalidad

óptima: sus lóbulos simplemente no

se dirigen hacia el O, sino hacia los

lados.

3dx2-y2 3dxy

O O

Además, mientras que el 2py posee

fase matemática de distinto color en

ambos lóbulos (orbital con simetría

ungerade), los 3d poseen una fase

matemática igual en lóbulos

opuestos (orbitales de simetría

gerade):

2py

3dx2-y2

traslapo azul-azul: compatible con una unión.traslapo rojo-azul:

no compatible con una unión.

y para que se forme un enlace, todos

los lóbulos que se traslapan deben

coincidir en su la fase matemática.

Podemos descartar también al

dz2 por la sencilla razón de que sus

lóbulos pasan exactamente por

donde se ubica el enlace sp3-pz de

la unión S-O. No conviene que se

amontonen en un mismo lugar dos o

más enlaces.

Quedan de esta manera sólo

dos candidatos: el dxz y el dyz. Ambos

cuentan con lóbulos que se dirigen

hacia el átomo de oxígeno:

O3dyz3dxz

O

pero sólo el 3dyz posee

direccionalidad y coherencia de fase

matemática (se traslapan lóbulos

con colores iguales) para unirse al

2py:

3dyz

3dxz

xy

z

2py

2py

no haytraslapo

no haytraslapo

traslapo azul-azul: hay unión

traslapo rojo-rojo: hay unión

Así pues, la unión se gesta al

traslaparse el 2py del O con el 3dyz

del S, orbital éste en el que se aloja

el sexto electrón del S. Tiene

sentido: en ambos casos una “y” está

presente (2py y 3dyz).

10

xy

z

Cl1

Cl2

S

OO

S

:Cl:

Cl:..

..

..1

2

2s 2px 2py 2pz

sp3 sp3 sp3 sp3

3dxy 3dxz 3dyz 3dz2 3dx2-y2

para el enlace

orbitalesdel S

orbitalesdel O

=

para el enlace

5. CONCLUSIONES.

a. La molécula de cloruro de

tionilo consta de un átomo de

azufre que ocupa la posición

central. Éste se halla unido a

tres átomos ligantes, dos de

Cl y uno de O, y posee un par

de electrones “n”, por lo que

se encuentra inmerso en un

sistema AB3E con hibridación

sp3. Los tres átomos ligantes

son terminales, por lo que no

es necesario postular para

ellos la participación de

orbitales híbridos en su capa

de valencia.

b. Dos de estos átomos ligantes

son de cloro, cuya

configuración electrónica de

su capa de valencia es 3s2 3p5,

lo que deja un orbital 3p

semilleno, que es el que

emplean para unirse

covalentemente al azufre

(ambos establecen una unión

sp3-p). Carece de interés

aclarar cuál de los orbitales

3p de los cloros es el que

realmente interviene (puede

ser cualquiera de los tres).

Los tres pares de electrones

sin compartir de cada Cl

quedan en sus respectivos

orbitales 3s y en los restantes

dos orbitales 3p.

c. El oxígeno establece una

unión doble con el azufre: un

enlace es (sp3-p) y el otro es

(d-p). En el primer caso los

orbitales involucrados son

uno de los sp3 del S y el 2pz

del O, mientras que en el

segundo los orbitales que

intervienen son el 3dyz del S y

el 3py del O.

d. Los dos pares de electrones

sin compartir del O residen

en sus orbitales 2s y 2px..

e. Se prevé que la molécula

tenga una geometría de

pirámide de base triangular,

como corresponde a un

sistema con estructura tipo

AB3E. Esto coincide con la

realidad, como se aprecia a

continuación.

11

Vista de planta de

la molécula de

SOCl2.

Vista de elevación

de la molécula de

SOCl2.

Dimensiones de la

molécula de SOCl2

obtenidas

experimentalmen-

te.

iii. Establézcanse cuáles son los

orbitales involucrados en la

formación de la molécula de aleno,

CH2=C=CH2.

11. ANÁLISIS DE LA ARQUITECTURA

MOLECULAR (ESTRUCTURA DE LEWIS).

Tenemos tres átomos que van a

delinear la arquitectura molecular

el carbono central y los de los

extremos. El carbono central C está

inmerso en un ambiente AB2, por lo

que mantendrá una disposición

lineal con los carbonos de los

extremos. C y C; a su vez, estos

últimos estarán al centro de un

sistema trigonal AB3.

CH2=C=CH2.

2. HIBRIDACIÓN DE LOS ÁTOMOS Y

FORMACIÓN DE ENLACES .

El análisis anterior nos permite

concluir que la hibridación del

carbono central será sp, mientras

que los de los extremos serán sp2.

La capa de valencia de los

tres carbonos está formada por los

orbitales de los subniveles 2s (uno) y

2p (tres):

xy

z

2pz2px 2py

2s

las cuales se reorganizan como

sigue:

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp sp

2p

3. REPRESENTACIÓN DEL ESQUELETO

.

C establece dos covalencias , uno

con C y otro con C. Para ello, hace

uso de dos de sus electrones de capa

de valencia:

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp sp

2p

Si consideramos que los tres

carbonos se encuentran alineados

siguiendo al eje de las “y”, entonces

los orbitales sp del C debieron

haberse construido haciendo uso de

su orbital py para que los dos lóbulos

contasen con la direccionalidad

deseada hacia los carbonos

laterales:

12

sp(y) sp(y)

x

y

z

C

Ahora bien, ¿de qué orbitales hacen

uso los carbonos de los extremos

para formar sus respectivos

conjuntos sp2? Seguro que cada

carbono combina linealmente sus

respectivos orbitales 2s y dos de los

tres de su subnivel 2p, pero ¿cuáles

de estos tres? En ambos casos, uno

de ellos será el 2py, puesto que los

tres carbonos han quedado

orientados sobre el eje de las “y”,

pero ¿y el otro? Podría ser el 2px

para dar el híbrido spypx o el 2pz

para dar el spypz. La respuesta la

tiene el carbono central, que debe

atender también la formación de los

dos enlaces . Esto se aclarará en la

siguiente sección.

Finalmente y considerando

aun lo que acontece con el esqueleto

, en los extremos del sistema se

encuentran los átomos de hidrógeno.

Podemos afirmar que los carbonos

de C y C se unirán a cada uno de

sus dos hidrógenos haciendo uso de

un electrón de los de su capa de

valencia para formar los enlaces

respectivos.

4. FORMACIÓN DEL ENLACE .

Analicemos el diagrama de

capas de valencia que hemos estado

manejando:

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp sp

2p

Recordando que los orbitales sp del

carbono C se construyeron

empleando al orbital py, entonces los

restantes deberán ser los orbitales

px y pz:

2p

sp2 sp2 sp2

2p

sp2 sp2 sp2

2pz

sp(y) sp(y)

2px

El carbono C forma dos

enlaces , uno con C y otro con C, los

cuales son independientes uno del

otro, esto es, C no puede usar uno

sólo de sus orbitales 2p para formar

ambos enlaces simultáneamente.

Así pues, C deberá formar (esta es

una opción) con su px el enlace

correspondiente con el px del C,

mientras que para el otro enlace

hará uso de su orbital pz, en el que

participará también el pz del C.

2px

sp2 sp2 sp2

2pz

sp2 sp2 sp2

2pz

sp(y) sp(y)

2px

Entonces lo que “hace” cada

orbital de cada carbono de los

extremos queda resuelto: en el caso

de C los orbitales que intervienen en

13

la formación de su conjunto híbrido

sp2 son el 2s, el 2py y el 2pz, y el 2px

se hace cargo del enlace con el

carbono C (que denominaremos x).

El sistema de orbitales híbridos sp2

de C descansará en el plano “yz”

como consecuencia de la

direccionalidad de los orbitales 2p

que intervienen en su formación. En

el otro extremo, los orbitales de C

que participan en la formación de su

conjunto híbrido sp2 son el 2s, el 2py

y el 2px, porque el 2pz participa en

la formación del enlace (el z) con

C. El conjunto sp2 de C descansará

en el plano “xy” debido a la

direccionalidad de los orbitales 2p

que intervienen en su formación.

xy

z

C CH

HC

H

H

C

C

C

H

H

H

H

x

y

5. CONCLUSIONES.

a. La molécula de aleno consta

de tres átomos de carbono que

se unen uno detrás del otro

en línea recta. El carbono del

centro, C, se halla inmerso en

un sistema AB2 con

hibridación sp (se emplea

aquí el 2py). Los otros dos

carbonos, C y C, se

encuentran formando parte

de sistemas AB3, por lo que

su hibridación es sp2.

b. Los orbitales involucrados en

el sistema híbrido sp2 de C

son el 2s, el 2py y el 2pz. Los

tres lóbulos de este sistema

de orbitales híbridos se

encuentran dirigidos hacia los

vértices de un triángulo que

descansa en el plano “yz”. A

su vez, el C también cuenta

con hibridación sp2, pero en

su caso los orbitales que se

hibridan son el 2s, el 2px y el

2py, por lo que su sistema de

tres lóbulos híbridos se

orientan también hacia los

vértices de un triángulo pero

que descansa en el plano “xy”.

c. El enlace entre C y C

involucra el traslapo de los

orbitales 2px de cada átomo,

por lo que dicho enlace (p-p)

puede ser definido como x.

Por su parte, el enlace entre

C y C considera el traslapo de

los orbitales 2pz de cada

átomo para su formación

(también un p-p) y lo

representamos como x.

14

d. Los dos enlaces C-C son sp-

sp2, mientras que los cuatro

enlaces C-H son sp2-s.

e. Todos estos análisis coinciden

con lo descrito en la literatura

para el aleno:

Modelo de la

molécula de

aleno..

Análisis de los

orbitales p que

intervienen en la

formación de los

dos enlaces .