6.1 Estudio de moléculas
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CH4: hibridación sp3
Observa en la imagen cómo a partir del orbital 2s y los tres orbitales 2p se forman cuatro orbitales iguales entre sí, orientados hacia los vértices de un tetraedro. Como provienen de la hibridación entre un orbital s y tres orbitales p se llaman orbitales híbridos sp3. Se ocupan con electrones siguiendo las mismas reglas que los orbitales habituales; como en total hay cuatro electrones para colocar y los cuatro orbitales híbridos tienen la misma energía, cada uno de ellos tiene un electrón, por lo que se formarán cuatro enlaces.
C hibridado: 1s2 sp3 sp3 sp3 sp3
H: 1s
Cada uno de los orbitales sp3 se superpone con un orbital 1s de un átomo de hidrógeno, con lo que se forman cuatro enlaces sigma C-H, dirigidos según los vértices de un tetraedro.
NH3
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En este caso, el modelo de enlace de valencia explica bien los enlaces formados en la molécula, pero mal su geometría, ya que los ángulos de enlace HNH salen de 90º (el ángulo entre los orbitales p que los originan), mientras que en realidad son un poco menores que el ángulo del tetraedro, de 109,5º, como predice correctamente el modelo de RPECV.
Dado que el número de enlaces previstos a partir de las estructuras electrónicas de N es el real, 3, no es necesaria la promoción de electrones, sino solamente la hibridación sp3.
N: 1s2 2s2 2px 2py 2pz pasa a NH: 1s2 (sp3)2 sp3 sp3 sp3
De esta forma, el N forma tres enlaces σ por superposición de los tres orbitales híbridos con un electrón con el orbital 1s de tres átomos de hidrógeno. Naturalmente, los ángulos de enlace son los que forman entre sí los híbridos sp3; el resultado no es el exacto, de 107,5 en el NH3, pero es más aproximado que los 90º previstos usando orbitales sin hibridar.
Ejemplo o ejercicio resuelto
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CH2=CH2: hibridación sp2
El etileno es una molécula plana, en la que los ángulos de enlace son de 120º, y el enlace entre átomos de carbono es doble. La hibridación sp3 no permite explicar este tipo de situación, por lo que hay que recurrir a un nuevo tipo de hibridación, llamada sp2, en la que se parte de la misma estructura del carbono excitado:
C*: 1s2 2s 2px 2py 2pz
En este caso se hibridan solamente los orbitales 2s, 2px y 2py, formándose tres orbitales híbridos llamados sp2, cada uno de ellos con un electrón, quedando sin hibridar el orbital 2pz, como puedes ver en la imagen. Los tres híbridos forman un ángulo de 120º.
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C hibridado: 1s2 sp2 sp2 sp2 2pz
Observa ahora cómo se superponen los orbitales atómicos híbridos de los dos átomos de carbono para formar un enlace sigma, mientras que los dos orbitales p sin hibridar (2pz) se superponen lateralmente dando lugar a un enlace pi. Los híbridos restantes, dos de cada carbono, forman los cuatro enlaces sigma con cuatro hidrógenos. Los ángulos de enlace son de 120º
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BeCl2: hibridación sp
La estructura del Be es 1s2 2s2. Como no tiene ningún orbital semilleno, no puede formar enlaces según el modelo de enlace de valencia. Pero por promoción electrónica alcanza el estado excitado 1s2 2s 2py, en el que ya puede dar lugar a dos enlaces. Como experimentalmente ambos enlaces son iguales, es necesario recurrir a la hibridación, alcanzándose la estructura 1s2 sp sp. Por tanto, hay dos orbitales híbridos sp cada uno de ellos con un electrón y que forman un ángulo de 180º entre ellos (lineales).
Como la estructura del cloro es [Ne] 3s2 3px2 3py2 3pz, se forman dos enlaces sigma entre orbitales sp del berilio y 3pz del cloro. Por tanto, la molécula es lineal.
Ejemplo o ejercicio resuelto