* Visión general del tema:
Introduccion
Para explicar el enlace covalente, Pauling y Slater,
utilizaron el modelo de orbitales atómicos o de
enlace de valencia. Un enlace covalente está formado por un par de
electrones con spines opuestos ocupando un orbital
atómico.
Arriba
1.
Hibridación sp
Para justificar la geometría de algunas
moléculas como el BeCl2, se introduce el
concepto de orbital híbrido ("mezcla").
El berilio tiene una configuración 1s2, 2s2.
1s
2s 2p
Be:
¡!
¡!
Be(*): ¡!
¡ ¡
El berilio excitado (*) posee un electrón en el 2s
y otro en el 2p.
Por hibridación originan dos orbitales
sp:
1 orbital 2s(esférico) + 1
orbital 2p(doble lóbulo) = 2 orbitales sp
Estos dos orbitales
híbridos sp tienen una geometría determinada,
formando un ángulo de 180º.
Así la molécula de BeCl2
: Cl-----Be-----Cl
Los enlaces se forman entre el orbital pz del cloro y el orbital híbrido del berilio(
Ver libro de texto). Otras moléculas son BeF2,
CO2, CS2, H2C2(etino)
CO2: O=C=O un
par de electrones de cada enlace está hibridado
CS2: S=C=S Igual que el anterior.
Tendremos hibridación sp:
1. con dos dobles enlaces
2. con un triple enlace y un simple(etino)
Arriba
2. Hibridación sp2.
El boro tiene una configuración 1s2,2s2,2p1:
1s
2s 2px 2py
B: ¡!
¡! ¡
B(*) ¡! ¡ ¡ ¡
1
orbital 2s + 2 orbitales 2p =
3 orbitales híbridos
sp2
Los tres orbitales
híbridos están dirigidos hacia los vértices de un triángulo equilátero, con
un ángulo de 120º.
F
¡
F-------B-------F
El boro está en el centro del triángulo equilátero
y los átomos de flúor en los vértices. El enlace se forma entre el orbital
2pz del flúor y el orbital híbrido del boro, cada uno con un electrón con
espín opuesto. Otras moléculas son BCl3,
AlF3, SO3, H4C2(eteno).
Arriba
3.
Hibridación sp3
El átomo de carbono tiene una configuración 1s2,
2s2,2p2:
1s
2s 2px
2py 2pz
C:
¡!
¡!
¡ ¡
C(*) ¡!
¡
¡
¡ ¡
1 orbital 2s + 3 orbitales
2p ===== 4 orbitales
híbridos sp3
Los cuatro orbitales
estarían dirigidos hacia los vértices de un tetraédro
regular.
La molécula de metano, CH4, sería un ejemplo, el
carbono en el centro del tetraédro y los cuatro hidrógeno en los vétices del
tetraedro. Los enlaces se originan entre el orbital 1s del hidrógeno y el
orbital hidrido sp3; en cada uno debe de haber un
electrón con espín contrario.
La molécula de agua se explica por sp3:
1s 2s 2px
2py 2pz
O
¡! ¡! ¡!
¡ ¡
Para que haya hibridación no es necesario que en
el orbital haya 1 electrón, puede haber 2 o ninguno
1 orbital 2s + 3 orbitales
2p === 4 orbitales híbridos sp3
Los cuatro orbitales
estarían dirigidos hacia los vértices del tetraedro, pero dos de ellos
tendrían 2 electrones y los otros dos orbitales
híbridos tendrían 1 electrón cada uno. Por tanto la geometría es angular, por
que los dos pares de elctrones no compartidos no
forman enlace, por tanto la geometría sería angular.
Así formaría dos enlaces covalentes con el orbital
1s del hidrógeno. El ángulo de enlace sería menor del tetraédrico, 109,3º,
debido a la repulsión del par de electrones no compartido, es decir, de
unos 105º.
La molécula de amoniaco, NH3, se
explica por sp3.
1s 2s 2px
2py 2pz
N
¡! ¡!
¡
¡ ¡
1 orbital 2s + 3 orbitales
2p === 4 orbitales híbridos sp3
De los 4 orbitales
híbridos sólo tres forman enlace con el hidrógeno y un par de
electrones no compartido. La geometría sería piramidal, con el nitrógeno en
el vértice de la pirámide trigonal, con ángulo de enlace de unos 107º. Otras
moléculas son CF4, SiH4, SiCl4, NH4(+), BF4(-),
H6C2(etano).
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4. Otras hibridaciones.
A.
sp3d. En
este tipo se "mezclan" 1 orbital s, 3 orbitales
p y un orbital d originando 5 orbitales híbridos
sp3d, formando una geometría de bipirámide
trigonal(sin pares de electrones no compartidos) como el PF5,
PCl5, AsF5,
AsCl5.
B.sp3d2.
Aquí se "mezclan" 1 orbital s, 3 orbitales
p, y 2 orbitales d, formandose
6 orbitales híbridos sp3d2; la geometría es una bipirámide cuadrada u octaedro(sin
pares de electrones no compartidos) como el SF6.
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