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Hibridación y geometría molecular

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Hibridación y geometría molecular

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¿Qué es la hibridación?

• La Hibridación es el término que se utiliza para explicar la mezcla de los orbitales atómicos en un átomo ( generalmente átomo central), para generar un conjunto de orbitales híbridos

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¿Qué es la Hibridación? Los enlaces formados por el carbono (y por

otros átomos) se explican a través de la Teoría del Enlace de Valencia (TEV), que utiliza el concepto hipotético de orbitales híbridos, que son: “ orbitales atómicos que se obtienen cuando dos o más orbitales no equivalentes , del mismo átomo, se combinan (hibridación), preparándose para la formación del enlace covalente”.

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Características del Carbono Estado basal y estado excitado del CSu 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).

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La configuración electrónica desarrollada para el carbono es:

El primer paso en la hibridación, es la promoción de un electrón del orbital 2s al orbital 2p.

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2da. capa

2s 2px 2py 2pz

2da. capa

2s 2px 2py 2pz

4 orbitales híbridos sp3 cada uno ocupado por un electrón

Estado electrónico fundamental de átomo de carbono

sp3

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Forma del orbital sp3

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4 orbitales híbridos sp3

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Estos orbítales son idénticos entre si, pero diferentes de los originales ya que tienen características de los orbítales “s” y “p”.combinadas. Estos son los electrones que se comparten. En este tipo de hibridación se forman cuatro enlaces sencillos.

Esta hibridación da lugar a cuatro orbitales híbridos que se dirigen desde el centro de un tetraedro a sus vértices (geometría tetragonal), se combinan un orbital s y tres orbitales p, siendo el ángulo entre sus ejes de 109º28’.

 Este tipo de hibridación lo

presentan las moléculas de agua, amoniaco y metano entre otras

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En el metano los ángulos son los del tetraedro, sin embargo en el agua el ángulo es menor, esto es debido a la repulsión de los pares de electrones que tiene el oxígeno sin compartir con los electrones de enlace. En el caso del amoniaco ocurre algo similar pero la repulsión es menor, por lo que los ángulos son mayores.

METANO AGUA AMONIACO

109,3° 105° 107°

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El átomo de carbono forma un enlace doble y dos sencillos.

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Figura 15

2da. capa

2s 2px 2py 2pz

Hibridación sp2

2da. capa

2s 2px 2py 2pz

3 orbitales híbridos sp2 cada uno ocupado por un electrón y1 orbital p con un electrón

2sp2 2pz

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10.5

Hibridación sp2 de un átomo de carbono Estado

fundamental

Promoción

de electrón

Estado hibridizado

sp2-

orbitales sp2

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Formación de orbitales híbridos sp2

10.4

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Formación de orbitales híbridos sp2

10.4

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Hibridación sp2 o trigonal: 

Se produce al combinarse un orbital s con dos orbitales p del mismo átomo, dando lugar a tres orbitales híbridos que adquieren una configuración plana triangular, los orbitales híbridos están dirigidos desde el centro a los vértices de un triángulo equilátero, con ángulos entre sus ejes de 120º.

 Este tipo de hibridación la

presentan las moléculas de trifluoruro de boro, eteno, benceno y en general todos los dobles enlaces en el caso de los compuestos orgánicos.

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Ejemplo: ETENO

Se forma un enlace sigma por solapamiento de dos orbitales sp2 y un enlace pi por solapamiento lateral de dos orbitales p.  

C 1s2 2s2 2px 2py1

2pz1, promociona un

electrón del orbital 2s al 2px, dando 1s2 2s1 2px

1 2py1

2pz1

 H 1s1

 

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Hibridación sp o diagonalEn este tipo de hibridación sólo se combina un orbital “p” con el orbital “s”. Con este tipo de hibridación el carbono puede formar un triple enlace

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Se produce cuando entran en juego, para la formación de un enlace covalente, un orbital de tipo s y otro de tipo p, dando lugar a dos orbitales híbridos que se colocan linealmente.

 Este tipo de hibridación la

presentan el hidruro de berilio, fluoruro de berilio y moléculas orgánicas con triple enlace como el acetileno, entre otros.

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2da. capa

2s 2px 2py 2pz

Hibridación sp

2da. capa

2s

2 orbitales híbridos sp cada uno ocupado por un electrón y2 orbital p con un electrón cada uno

2px 2py 2pz

2sp 2py 2pz

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 FLUORURO DE BERILIO 

Be 1s2 2s2 promociona un electrón del 2s al 2px,

dando 1s2 2s1 2px1 2py 2pz

 Se hibrida el 2s y el 2px dando dos orbitales

híbridos sp, con un electrón cada uno.

F 1s2 2s2 2px1 2py

2 2pz

2

Se forman dos enlaces de tipo sigma

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C 1s2 2s2 2px 2py1

2pz1 promociona un electrón del orbital 2s al 2px, dando 1s2 2s1

2px1 2py

1 2pz

1

 H 1s1

Se hibrida el 2s y el 2px, formándose dos orbitales hibridos sp con un electrón cada uno de ellos.

 Se forman tres enlaces uno de tipo sigma y dos de tipo pi. Como los electrones de los

enlaces pi poseen , por la naturaleza del enlace, mucha movilidad, los enlaces pi se representan en muchas ocasiones en forma de nube electrónica por encima y debajo del enlace pi

ACETILENO O ETINO

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# de pares libres+

# de átomos enlazados Hibridación Ejemplos

2

3

4

sp

sp2

sp3

BeCl2

BF3

CH4, NH3, H2O

¿Cómo predigo la hibridación del átomo central?

Cuente el número de pares libres y el número de átomos enlazados al átomo central

10.4

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EjemploComplete los datos de la tabla de acuerdo a la siguiente estructura:

Carbono

A

B

c

Tipo de hibridación

Geometría molecular

Ángulo de enlace

Tipo de enlace

Tipo de carbono

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Carbono Tipo de hibridación

Geometría molecular

Ángulo de enlace

Tipo de enlace

Tipo de carbono

a) Tetraédrica 109.5° Sencillo Primario

b) Tetraédrica 109.5° Sencillo Cuaternario

c) Triangular plana 120° Doble Secundario

d) Lineal 180° Triple Primario

e) Triangular plana 120° Doble Secundario

f) Lineal 180° Triple Secundario

Recuerde que para determinar el tipo de carbono se cuentan los carbonos unidos, no los enlaces. Como en el carbono d) está unido a un solo carbono (primario) y el otro enlace es con un átomo de cloro.

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Número de zonas de densidad de carga Geometría electrónica Ángulo

2 Lineal 180º

3 Triangular plana 120º

4 Tetraédrica 109.5º

5 Bipirámide triangular 120º y 90º

6 Octaédrica 90º

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Enlace sigmaEnlace pi

Ejemplos de enlaces

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Carbono Tipo de enlace

Tipo de carbono

Tipo de hibridación

Geometría molecular

Ángulo de enlace

a)          b)          c)          d)          e)          f)          g)          

1.-Complete los datos de la tabla de acuerdo a la siguiente estructura

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Carbono Tipo de hibridación

Ángulo de enlace

Geometría molecular Tipo de carbono Tipo de

enlace

a)          

b)          

c)          

d)          

e)          

f)          

g)          

h)          

2.-Complete la información solicitada en la tabla en base a la siguiente estructura.

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Fórmula: C6H6

Es una estructura plana resonante de tres dobles enlaces alternados

El benceno

Hibridación sp2 del benceno. Nube electrónica “”

Imagen cedida por © Ed. ECIR. Química 2º Bachillerato.

Nube “” común

Esqueleto “”

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tolueno

fenol

ácido benzoico

benzaldehído

benzamida

Algunos derivados del benceno con nombre propio

CH3

COOH

OH

CONH2

CHO

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Puede nombrase como radical (fenil) o como grupo principal:

Ejemplo: CH2–CH3 etil–benceno o feniletanoCuando hay dos sustituyentes puede usarse:

OH 1,2 bencenodiol ; 1,2 dihidroxibenceno ; (orto) o–dihidroxibenceno

OH

NO2 1,3 dinitrobenceno ;(meta) m–dinitrobencenoO2N

◦ H3C– CH3 1,4 dimetilbenceno (para) p–dimetilbenceno

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• –CH–CH3 isopropil | CH3 (metil–etil)

• –CH–CH2–CH3 | CH3 secbutil (1 metil–propil)

• –CH2–CH–CH3 |

• CH3 isobutil (2 metil–propil)

Nombres de grupos especiales

• CH3 |–C–CH3 tercbutil | CH3 (dimetil–etil)

• –CH=CH2 vinil

• –CH2–CH=CH2 alil

• (–C6H5) fenil

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1.-Indicar la hibridación del átomo subrayado en cada una de las siguientes moléculas o iones: HCCl3 CS2 NO2+, NO2–, NO3–

2.-Indicar la hibridación de los átomos indicados en cada una de las siguientes moléculas: a) carbono y oxígeno en metanol, CH3OH. b) carbonos en propeno, CH3-CH=CH2 . c) carbonos y nitrógeno de la glicina, NH2-CH2 COOH3.- Escribe la estructura de lewis de las siguientes moléculas y a partir de esta explica que hibridación y que geometría tienen a)O3b) metanonac)Dióxido de carbonod)Tetracloruro de carbonoe)Ácido acético (más de un átomo central, se aplica geometría a cada uno)f)Trifluoruro de borog)1 butanol