Orbitales Híbridos
La hibridación se introdujo para explicar la estructura molecular cuando la teoría del enlace de valencia no pudo predecirlos correctamente. Se observa experimentalmente que los ángulos de enlace en los compuestos orgánicos están cerca de 109o, 120o o 180o. Según la teoría de Valence Shell Electrón Par Repulsión (RPECV), pares de electrones se repelen entre sí y los bonos y pares solitarios alrededor de un átomo central son generalmente separados por los mayores ángulos posibles.
Introducción
El carbono es un ejemplo perfecto que muestra la necesidad de orbitales híbridos. Como saben, la configuración del estado fundamental de Carbon es:
Según Valence Theory Bond, de carbono debería formar dos enlaces covalentes, lo que resulta en un CH2, porque tiene dos electrones desapareados en su configuración electrónica. Sin embargo, los experimentos han demostrado que CH2CH2 es altamente reactivo y no puede existir fuera de una reacción. Por lo tanto, esto no explica cómo puede existir CH4. Para formar cuatro enlaces la configuración de carbono debe tener cuatro electrones desapareados.
La única manera de CH4 se puede explicar es es, los 2s y los 3 orbitales 2p fusionados juntos para hacer cuatro, igual energía orbitales híbridos sp3. Eso nos daría la siguiente configuración:
Ahora que el carbono tiene cuatro electrones no apareados que puede tener cuatro enlaces iguales de energía. La hibridación de orbitales también se ve favorecida en gran medida porque orbitales hibridados son más bajos en energía en comparación con sus homólogos, no hibridadas separadas. Esto da como resultado compuestos más estables cuando se produce la hibridación. Además, las partes principales de los orbitales hibridados, o los lóbulos frontales, se superponen mejor que los lóbulos de los orbitales sin hibridar. Esto lleva a una mejor vinculación.
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La siguiente sección explicará los diversos tipos de hibridación y cómo cada tipo ayuda a explicar la estructura de ciertas moléculas.
hibridación sp3
La hibridación sp3 puede explicar la estructura tetraédrica de las moléculas. En ella, los 2s orbitales y los tres de los orbitales 2p hibridan para formar cuatro orbitales sp, cada uno consistente en 75% carácter p y 25% s carácter. Los lóbulos frontales se alinean de la manera que se muestra a continuación. En esta estructura, la repulsión de electrones se minimiza.
Cambios de energía que ocurren en la hibridación.
La hibridación de un orbital s con los tres orbitales p (px, py, pz y) resulta en cuatro orbitales híbridos sp3. orbitales híbridos sp3 están orientadas en ángulo de enlace de 109.5o unos de otros. Esta disposición 109.5o da geometría tetraédrica (Figura 4).
Ejemplo: hibridación sp3 en metano
Debido a que el carbono juega un papel tan importante en la química orgánica, lo usaremos como ejemplo aquí. Los 2s de carbono y sus tres orbitales 3p se hibridan para formar cuatro orbitales sp3. Estos orbitales se unen con cuatro átomos de hidrógeno a través de la superposición orbital sp3-s, creando metano. La forma resultante es tetraédrica, ya que minimiza electrones repulsión.
Hibridación
Los pares solitarios: Recuerde que debe tener en cuenta pares de electrones. Estos pares solitarios pueden no doble enlace por lo que se colocan en su propio orbital híbrido. Es por eso que H2O es tetraédrico. También podemos construir orbitales híbridos sp3d y sp3d2 si vamos más allá de las subcapas syp.
hibridación sp2
hibridación sp2 puede explicar la estructura plana trigonal de moléculas. En ella, los 2s orbitales y dos de los orbitales 2p hibridan para formar tres orbitales sp, cada uno consistente en 67% p y 33% s carácter. Los lóbulos frontales se alinean en la estructura plana trigonal, señalando a las esquinas de un triángulo para reducir al mínimo de electrones repulsión y mejorar solapamiento. El orbital p restante permanece sin cambios y es perpendicular al plano de los tres orbitales sp2.
Cambios de energía que ocurren en la hibridación.
La hibridación de un orbital s con dos orbitales p (PX y PY) resulta en orbitales híbridos tres sp2 que están orientados en 120o ángulo entre sí (Figura 3). La hibridación de Sp2 da como resultado una geometría trigonal.
Ejemplo: hibridación sp2 en trihidruro de aluminio
En el trihidruro de aluminio, un orbital 2s y dos orbitales 2p se hibridan para formar tres orbitales sp2 que
