Hibridación de orbitales atómicos

HIBRIDACIN DE ORBITALES ATMICOS HIBRIDACION SP3 O TETRAEDRICA LA ESTRUCTURA DEL METANO LA ESTRUCTURA DEL AMONIACO LA ESTRUCTURA DEL AGUA LA ESTRUCTURA DEL ETANO HIBRIDACION SP2 O TRIGONAL LA ESTRUCTURA DEL BORANO LA ESTRUCTURA DEL ETENO LA ESTRUCTURA DEL BENCENO HIBRIDACION SP O LINEAL LA ESTRUCTURA DEL CLORURO DE BERILIO LA ESTRUCTURA DEL ETINO LA ESTRUCTURA DEL ANHIDRIDO CARBONICO

HIBRIDACION DE ORBITALES ATOMICOSCuando se contrastan datos experimentales (distancias de enlace, ngulos) de molculas poliatmicas con los datos que se predicen segn la TEV, se observan muchas diferencias: H2OO H H

Angulo terico (TEV) = 90 Angulo experimental = 104

BeCl2

Angulo terico (TEV) = aprox 90Be Cl

Angulo experimental = 180 Tericamente dos enlaces diferentes (s-p y p-p) Experimentalmente dos enlaces idnticos, indistinguibles en distancias y energas.

Cl

CH4

Debera tener covalencia 2 (1s2 2s2 2p2, dos spines desapareados), sin embargo casi todos sus compuestos se basan en la tetravalenciaPromocin electrnica

divalente En esta situacin formara 4 enlaces:

tetravalente

Angulo terico (TEV) = 90H H H H

C

Tericamente habra iguales y uno desigual

tres

enlaces

Experimentalmente el ngulo es 109 y los cuatro enlaces son idnticos

inicio

...EN RESUMENORBITALES HBRIDOS Existen muchas molculas covalentes cuyas geometras no son explicables a travs del simple solapamiento directo de orbitales atmicos. Son una evolucin de los orbitales atmicos en cuanto a geometra, energas y orientaciones espaciales. El nmero de orbitales hbridos que se forman es igual al de orbitales atmicos puros que participan en el proceso de hibridacin. La hibridacin requiere energa. Sin embargo el sistema recupera de sobra esta energa en el proceso de formacin de enlaces. Todos los orbitales hbridos que se generan a partir de determinados orbitales atmicos, son idnticos en cuanto a forma, tamao y energa, pero se diferencian en su orientacin espacial. Para resolver este problema se propuso un nuevo modelo de enlace en el que los orbitales del tomo central de una molcula se recombinaban antes de enlazar, para dar unos nuevos orbitales llamados... Cada orbital hbrido viene descrito por una funcin de onda , que se obtiene a partir de las funciones de onda de los orbitales atmicos, segn el mtodo C.L.O.A.

inicio

HIBRIDACION SP3 O TETRAEDRICA La experimentan tomos con estructuras electrnicas en la capa de valencia ns2np2 (C en enlaces sencillos), ns2np3 (N), ns2np4(O). Se combinan linealmente un orbital s con tres orbitales de tipo p, en total 4 orbitales atmicos para dar 4 OH sp3 degenerados. Geometra: los 4 OH se dirigen hacia los vrtices de un tetraedro regular, colocndose el tomo que hibrida en el centro. El ngulo de enlace tpico en este modelo de hibridacin es 109.

X

Por solapamiento de estos OH del tomo X con los OA de otros tomos se generan enlaces idnticos en cuanto a distancias y energas.

HIBRIDACIN SP3 DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE METANO (CH4)

inicio

[C]= 1s2 2s2E

2p2

Promocin electrnica con pequeo aporte energtico para conseguir la tetravalencia

[C]= 1s2 2s1

2p3

Tericamente divalente

4 orbitales atmicos, uno de tipo s y tres idnticos de tipo p, se combinan linealmente para generar 4 orbitales hbridos sp3 que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra tetradrica

4 O.H. sp3pz py s

H

C

px

evolucin

C H H

H

HIBRIDACIN SP3 DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE AMONIACO (NH3)

inicio

[N]= 1s2 2s2E

2p3

4 orbitales atmicos, uno de tipo s y tres idnticos de tipo p, se combinan linealmente para generar 4 orbitales hbridos sp3 que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra tetradrica Uno de los 4 orbitales hbridos es ocupado por el par de electrones no compartidos o solitarios. Los otros tres estn ocupados por los electrones desapareados que son los que van a enlazar covalentemente con los hidrgenos.

Covalencia = 3

4 O.H. sp3pz py s Molcula piramidal 3 enlaces sp3(N)-1s(H)

N

px

evolucin

N H H H

El ngulo de enlace debera ser de 109 pero la presencia del par de electrones desapareados lo cierra hasta 107 (se repelen, se expanden y cierran el ngulo HNH)

HIBRIDACIN SP3 DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE AGUA (H2O)

inicio

[O]= 1s2 2s2E

2p4

4 orbitales atmicos, uno de tipo s y tres idnticos de tipo p, se combinan linealmente para generar 4 orbitales hbridos sp3 que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra tetradrica Dos de los 4 orbitales hbridos son ocupados por los pares de electrones no compartidos o solitarios. Los otros dos estn ocupados por los electrones desapareados que son los que van a enlazar covalentemente con los hidrgenos.

Covalencia = 2

4 O.H. sp3 degeneradospz py s Molcula angular 2 enlaces sp3(O)-1s(H)

O

px

evolucin

O H

H

El ngulo de enlace debera ser de 109 pero la presencia de los dos pares de electrones desapareados lo cierran hasta 104 (se repelen, se expanden y cierran el ngulo HNH)

HIBRIDACIN SP3 DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE ETANO (CH3-CH3)

inicio

cada [C]= 1s2 2s2E

2p2


[C]= 1s2 2s1

2p3


4 orbitales atmicos, uno de tipo s y tres idnticos de tipo p, se combinan linealmente para generar 4 orbitales hbridos sp3 que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra tetradrica

Cada uno de los dos C es:pz py s

4 O.H. sp3 degenerados

H

C Cpxevolucionan

C6 enlaces sp3(C)-1s(H) 1 enlace sp3(C)- sp3(C)

H H

giro libre en torno al enlace C-C

inicio

HIBRIDACION SP2 O TRIGONAL La experimentan tomos con estructuras electrnicas en la capa de valencia ns2np1 (B), ns2np2 (C en enlaces dobles) Se combinan linealmente un orbital s con dos orbitales de tipo p, en total 3 orbitales atmicos para dar 3 OH sp2 degenerados. Geometra: los 3 OH sp2 se dirigen en el mismo plano, hacia los vrtices de un tringulo equiltero, colocndose el tomo que hibrida en el centro. El ngulo de enlace tpico en este modelo de hibridacin es 120.

120 120 120

Por solapamiento de estos OH del tomo X con los OA de otros tomos se generan enlaces idnticos en cuanto a distancias y energas.

HIBRIDACIN SP2inicio

DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE BORANO (BH3)

[B]= 1s2 2s2E

2p1

Promocin electrnica con pequeo aporte energtico para conseguir valencia tres

[B]= 1s2 2s1

2p2

Tericamente monovalente

3 orbitales atmicos, uno de tipo s y dos idnticos de tipo p, se combinan linealmente para generar 3 orbitales hbridos sp2 que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra triangular

3 O.H. sp2 y un orbital p vaco sin hibridarpz py s

H

OA p vaco sin hibridar perpendicular al plano de hibridacin

B

px

evolucin

B

H

Molcula plana triangular 3 enlaces sp2(B)-1s(H)

H

El ngulo de enlace HBH es 120 Es cido de Lewis (orbital p vaco)

HIBRIDACIN SP2 DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE ETENO O ETILENO (CH2=CH2)

inicio

cada [C]= 1s2 2s2E

2p2


[C]= 1s2 2s1

2p3




3 O.H. sp2 y un orbital p semilleno sin hibridar

H

H C

Molcula plana 4 enlaces sp2(C)-1s(H) un enlace sp2(C)-sp2(C) y un enlace p(C)-p(C) Angulo de enlace HCH de 120

C Cpxevolucionan

H

H

Giro impedido en torno al enlace C=C (isomera cis-trans)

HIBRIDACIN SP2 DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE BENCENO (C6H6)

cada [C]= 1s2 2s2E

2p2


[C]= 1s2 2s1

2p3



La estructura la formul Kekul (1829-1896). Los 6 carbonos se colocan en los vrtices de un hexgono regular dirigiendo los 3 OH sp2 a 120 entre si, dejando el orbital p sin hibridar semilleno perpendicular a este plano molecular. En el plano molecular se generan los enlaces C-C formados por el solapamiento de dos OH sp2 de carbonos contiguos. Los orbitales p generan una nube deslocalizada por encima y por debajo del plano molecular con 6 electronesH H

3 O.H. sp2 y un orbital p semilleno sin hibridarH

C C CH

C C H

CH

Esta nube podra deberse al solapamiento de los electrones dos a dos, para dar 3 componentes completas, con lo que el anillo quedara con tres enlaces sencillos y tres dobles. As.... En cualquiera de los dos casos habra tres distancias cortas, correspondientes a los enlaces dobles y tres o as... distancias largas correspondientes a los sencillos y la molcula sera hexagonal irregular... Sin embargo experimentalmente La molcula conforma un hexgono regular Todas las distancias son iguales y toman un valor de 1,39 , intermedio entre la distancia doble (1,33 ) y sencillo (1,54 ).

El benceno se presenta mediante un anillo aromtico: Existen varias estructuras posibles para explicarlo. Ninguna de ellas es vlida por s sola para describir esta molcula, sino una superposicin de todas. Este fenmeno se denomina RESONANCIA o MESOMERIAAMPLIACION DE RESONANCIA

RESONANCIA O MESOMERIA6 orbitales atmicos de tipo p generan una nube electrnica por encima y por debajo del plano medio molecular. Sus 6 electrones pasan a estar compartidos por todos los C de modo que se generan algo as como 6 medios enlaces. Se genera un anillo de carga que se llama anillo aromtico. El benceno es el cabeza de serie de todos los derivados aromticos o bencnicos. Tienen olor agradable y una reactividad qumica especial basada en esta nube deslocalizada. Ninguna de las dos estructuras define la estructura real de la molcula, sino una superposicin de ambas.

incicio

FORMAS KEKULECiclos hexagonales estables, formas muy representativas

FORMAS DEWARciclos de 4 eslabones, muy tensos, estructuras muy inestables, menos representativas, estables solamente a bajas temperaturas

FORMA REAL

inicio

HIBRIDACION SP O LINEAL O DIGONAL La experimentan tomos con estructuras electrnicas en la capa de valencia ns2 (Be), ns2np2 (C en enlaces triples o dos dobles sobre el mismo C) Se combinan linealmente un orbital s con un orbital de tipo p, en total 2 orbitales atmicos para dar 2 OH sp degenerados. Geometra: los 2 OH sp se dirigen sobre el mismo eje, colocndose el tomo que hibrida en el centro. El ngulo de enlace tpico en este modelo de hibridacin es 180. 180 Por solapamiento de estos OH del tomo X con los OA de otros tomos se generan enlaces idnticos en cuanto a distancias y energas.

HIBRIDACIN SPinicio

DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE CLORURO DE BERILIO (BeCl2)

[Be]= 1s2 2s2E

Promocin electrnica con pequeo aporte energtico para conseguir valencia dos

[Be]= 1s2 2s1

2p1

Tericamente no formara enlaces covalentes

2 orbitales atmicos, uno de tipo s y uno de tipo p, se combinan linealmente para generar 2 orbitales hbridos sp que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra lineal formando 180

pz py s

2 O.H. sp y dos orbitales p vacos sin hibridar perpendiculares al eje

ClBepxevolucin

BeMolcula lineal 2 enlaces sp (Be)-p (Cl) El ngulo de enlace ClBeCl es 180

Cl

HIBRIDACIN SP DESCRIPCIN DE LA MOLCULA DE ETINO O ACETILENO (CH=CH)

inicio

cada [C]= 1s2 2s2E

2p2


[C]= 1s2 2s1

2p3


2 orbitales atmicos, uno de tipo s y uno de tipo p, se combinan linealmente para generar 2 orbitales hbridos sp que se disponen espacialmente de la manera ms estable para minimizar repulsiones y maximizar solapamientos, segn geometra lineal formando 180


2 O.H. sp y dos orbitales p semillenos sin hibridar

H Cpxevolucionan

C

C

H

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Hibridación de orbitales atómicos