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Hibridación de orbitales atómicos sp3, sp2 y sp

hibridación orbitales atómicos sp3, sp2, sp

hibridación orbitales atómicos sp3, sp2, sp

La hibridación de orbitales atómicos es necesaria para un mejor acoplamiento de los átomos y poder así unirse más fácilmente. Esto se debe tanto a la forma que toman en el espacio las moléculas resultantes de dicha unión como por el alejamiento entre sí de los electrones para situarse lo más alejados posibles y ser más estables. Esto se consigue con hibridaciones sp3, sp2 y sp de los orbitales atómicos según el tipo de enlaces que tengan los átomos en una molécula.

Pero para que entiendas mejor cómo se hibridan, empezaremos por recordar qué son dichos orbitales, cómo son y cómo se llenan de electrones. Después de repasar esto, la hibridación será pan comido. ¡Vamos a ello!

 

¿Qué son los orbitales atómicos?

Los orbitales son una región del espacio alrededor del núcleo del átomo donde es más probable encontrar sus electrones. Existen varios tipos de orbitales:

-los orbitales s: son de forma esférica y son los de menor energía

-los orbitales p: tienen forma de doble lóbulo que se encuentra por encima y por debajo del plano. Hay tres orbitales de este tipo, los cuales se diferencian en su orientación espacial. En función de esta, se les llama px, py y pz.

tipos de orbitales atómicos p
Imagen: Propharma Academy

También tenemos los orbitales d y f, pero estos apenas se usan en los elementos que estudia la química orgánica, por lo que no vamos a hablar de ellos.

Ahora, ¿cómo se colocan los electrones en estos orbitales?

¿Cómo se llenan los orbitales atómicos?: la configuración electrónica de los electrones

La configuración electrónica de los electrones  nos dice los orbitales que están ocupados y con cuántos electrones en cada uno. Recuerda que la tabla periódica te puede ayudar mucho en este aspecto, ya que todos los elementos del primer grupo tienen configuración electrónica s1, o lo que es lo mismo, un electrón en su capa más externa (también llamada capa de valencia), dispuesto a formar enlaces con otros átomos.

Así sucesivamente, los elementos del grupo 2 tienen configuración s2 y por tanto 2 electrones en el orbital s. Lo mismo ocurre llegando al grupo 13 (saltamos la parte de metales que son configuración d-f), que es s2p1 teniendo dos electrones en un orbital s y uno en el p, y así sucesivamente.

 

Imagen: Pixabay

Recuerda también que en el caso de orbitales degenerados, es decir, de igual energía (como es el caso de los tres orbitales p), los electrones tienden a colocarse de uno en uno hasta que estén todos los orbitales ocupados, y luego se siguen rellenando (Regla de Hund) hasta tener como máximo dos electrones de spin opuesto en cada orbital (Principio de exclusión de Pauli).

¿Por qué es necesaria la hibridación de orbitales atómicos?

La hibridación no es más que la combinación de diferentes orbitales. Como te decía al principio, gracias a esto se minimiza la repulsión entre electrones y se mejora el acoplamieno entre diferentes átomos. Vamos a ver los ejemplos más sencillos de los tres tipos de hibridaciones que existen:

Hibridación de orbitales atómicos sp3

La hibridación sp3 es la combinación de un orbital s con 3 orbitales p.

Veamos el ejemplo más sencillo,  el metano.

Te aconsejo que al principio siempre hagas la estructura desarrollada para visualizar mejor los enlaces.

metano estructura desarrollada

Vemos que el carbono está enlazado a cuatro átomos, por lo que tiene 4 electrones desapareados formando enlaces sencillos (también llamado enlace sigma). Normalmente solo hay dos electrones desapareados (como vemos en la tabla periódica pertenece  al grupo s2p2), pero uno de los electrones apareados del orbital s2 promociona, es decir, pasa de estar en el orbital s al p, un orbital de mayor energía. Así ya tenemos 4 electrones listos para enlazar.

Pero hay algo más. Los electrones tienden a colocarse lo más separados posible los unos de los otros, y para ello, tiene que modificarse el ángulo de los orbitales, ya que normalmente estarían formando 90 grados y en el metano, forman 104.5º. Esto se consigue mediante la hibridación, solapando en este caso como decíamos el orbital s con los 3 p que contienen electrones para tener 4 electrones desapareados y en consecuencia 4 orbitales híbridos sp3.

Ahora es cuando ha adquirido su forma tetraédrica, teniendo los electrones lo más separados posibles, y así cumple con la teoría de la repulsión de los electrones de valencia.

Hibridación de orbitales atómicos sp3
Orbitales hibridados sp3. Imagen: Propharma Academy

Al hibridar, la forma del orbital cambia, representándose con un lóbulo de tamaño normal y otro más pequeño, en vez de dos iguales.

Ojo: al hibridar el número de orbitales no cambia, si partíamos de 4 orbitales normales seguiremos teniendo 4 orbitales híbridos.

 

Hibridación de orbitales atómicos sp2

En este caso se trata de la combinación de un orbital s con dos p que están alojados en un mismo plano y con una estructura triangular. Así se generan 3 orbitales híbridos sp2 y queda libre un orbital p. Veamos esto en la molécula de etileno.

Empieza siempre representando la estructura desarrollada para ver más claros los enlaces.

etileno estructura desarrollada

Aquí tenemos enlaces sencillos de los hidrógenos con los carbonos y entre los carbonos hay un enlace doble. Vamos a ver cómo es esto.

La configuración electrónica de cada átomo es igual que en el caso del metano. Sólo varía el número de átomos con los que enlaza. Cada carbono enlaza con tres átomos, por lo que solo emplea 3 electrones desapareados y deja libre uno en un orbital p. Así los electrones que se usan son uno del orbital s y dos de orbitales p, quedando hibridación sp2. El electrón que ha quedado desapareado se unirá al otro carbono pero a través de un orbital sin hibridar, formándose un enlace pi o enlace doble. Este orbital se encuentra por encima y por debajo del plano, y aunque se representa uniéndose por ambos lados, en realidad, solo se forma un enlace, ya que sólo tiene un electrón.

Hibridación de orbitales atómicos sp2
Hibridación sp2. Imagen: Propharma Academy

Hibridación de orbitales atómicos sp

Este tipo de hibridación se da entre un orbital s y un orbital p, como ocurre en el acetileno, adquiriendo una estructura lineal.

acetileno hibridación orbitales atómicos

Esta molécula presenta enlaces sencillos entre los átomos de carbono y los de hidrogeno e  incluso otro enlace de este tipo entre los dos carbonos. Los otros dos enlaces que se forman entre los carbonos son enlaces pi que provienen del enlace entre electrones de orbitales p sin hibridar.

Así de los cuatro electrones despareados que tiene el carbono una vez ha promocionado, dos se encontrarán en  orbitales híbridos sp y dos en orbitales p sin hibridar.

Hibridación de orbitales atómicos sp
Hibridación sp. Imagen: Propharma Academy

 

 

¿Te ha quedado claro ahora cómo se produce la hibridación de orbitales atómicos? Cualquier duda que tengas puedes dejármela en los comentarios.

 

imagen modificada: Pixabay

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