¿Qué es la hibridación de N2F2?

El difluoruro de dinitrógeno, o N2F2, es un haluro de nitrógeno y contiene un doble enlace en su estructura, entre los dos átomos de nitrógeno. Puede adaptar dos formas geométricas diferentes, cis y trans, cada una con una simetría distinta. La forma cis es más termodinámicamente estable en comparación con la forma trans, en 12.5 kilojulios por mol. Se parece a esto:
La forma cis tiene simetría, C2v, mientras que la forma trans, con los dos átomos de flúor en lados opuestos, es C2h. Como ambas moléculas son planas, los dos átomos de nitrógeno se hibridan sp2. Según las mediciones espectroscópicas de gases realizadas en estas dos moléculas, el ángulo FNN en la forma cis es de 114 grados, mientras que en la forma trans es de 106 grados. Como los átomos de flúor son electronegativos (afinidad electrónica más fuerte) en relación con los átomos de nitrógeno, polarizan los enlaces. La forma cis tiene un momento dipolar débil, 0,12 debyes (apuntando entre los átomos de flúor, atravesando el enlace N = N), mientras que la forma trans no tiene momento dipolar. En ambas formas, todos los átomos están débilmente cargados, transportando menos de 0.2 de un electrón en los átomos de flúor y los átomos de nitrógeno que carecen de la misma cantidad de densidad de electrones.

Otra forma de probar que los átomos de nitrógeno están hibridados sp2 en N2F2 es observar los orbitales moleculares en él. Podemos calcular el orbital molecular ocupado más alto (HOMO) y el orbital molecular desocupado más bajo (LUMO) para esta molécula. Para la forma cis, HOMO y LUMO se muestran a continuación:
HOMO de cis-N2F2
LUMO de cis-N2F2

Observe que los dos átomos de nitrógeno tienen orbitales p como parte del HOMO y LUMO de N2F2. Los orbitales p perpendiculares al plano de la molécula son característicos de los átomos hibridados con sp2, y es por eso que el ángulo FNN está cerca de 120 grados, el ángulo ideal para los átomos hibridados en sp2. El orden de enlace, de acuerdo con los cálculos de la teoría funcional de densidad, es cercano a 2 para el enlace N = N.

Trans-N2F2 es ligeramente diferente, con un ángulo cercano al que esperaríamos para los átomos hibridados sp3 (109.5 grados). Sus orbitales moleculares son ligeramente diferentes, como se muestra a continuación:
HOMO de trans-N2F2
LUMO de trans-N2F2

El LUMO muestra el mismo comportamiento que el cis-N2F2, pero el HOMO es ligeramente diferente, se parece más a los orbitales hibridados con sp3. Los pares solitarios en los átomos de nitrógeno en trans-N2F2 son visibles en el HOMO, y como se anotan en el plano de la molécula, ¡esa es una característica de los orbitales hibridados sp2! Los átomos que llevan pares solos mientras se hibridan con sp3 tienden a organizar los pares solitarios en arreglos tetraédricos en relación con los enlaces formados con otros átomos. Los que se hibridan con sp2 generalmente adoptan una disposición plana trigonal para pares solitarios y enlaces a otros átomos. Como vimos disposiciones planas trigonales en N2F2, los átomos de nitrógeno están hibridados en sp2. Los átomos de flúor se hibridan sp3, ya que transportan tres pares de electrones solitarios cada uno, y están unidos a un solo átomo (cualquiera de los átomos de nitrógeno).

Para averiguarlo, dibuje una estructura de Lewis correcta y determine la geometría VSEPR de cada átomo.

* Un átomo que es lineal (ángulo de enlace de 180 grados) se hibrida sp.

* Un átomo que es trigonal plano (ángulo de enlace de 120 grados) se hibrida sp2.

* Un átomo que es tetraédrico (ángulo de enlace de 109.5 grados) se hibrida sp3.