teoria de hibridacion
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TEORÍA DE LA HIBRIDACIÓN
EL ENLACE QUÍMICO
EN EL ÁTOMO DE CARBONO
M.C. Jaime Rodríguez Rojas
CONCEPTO DE ORBITAL
ORBITAL:
REGIÓN DEL ESPACIO DONDE EXISTE
LA MAYOR PROBABILIDAD DE
ENCONTRAR UN ELECTRÓN EN
LA VECINDAD DEL NÚCLEO
PARÁMETROS DE ENERGÍALOS ELECTRONES SE LOCALIZAN EN ORBITALES, DE ACUERDO A SU CONTENIDO DE ENERGÍA, LA CUAL SE ESTIMA MEDIANTE LA COMBINACIÓN VALORES DE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS:
n Nivel de energíal Tipo de orbitalm Orientación del orbitals spin (giro) del electrón
VALORES DE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS
n 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..........
l 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 HASTA (n – 1)
m – l, ......0...... + l
s +1\2 o –1\2
TIPOS DE ORBITALES ATÓMICOSTIPOS DE ORBITALES ATÓMICOS
EXISTEN CUATRO TIPOS DE ORBITALES ATÓMICOS, QUE SE IDENTIFICAN CON EL
NÚMERO CUÁNTICO l.
Valor de l Tipo de orbital
0 s1 p2 d3 f
TIPOS Y NÚMERO DE ORBITALESTIPOS Y NÚMERO DE ORBITALES
DEPENDIENDO DEL VALOR DE l, EL NÚMERO ORBITALES ES:
NÚMERO DE NÚMERO
l ORBITALES MÁXIMOELECTRONES
s 1 2 p 3 6 d 5 10 f 7 14
NÚMERO DE ORBITALES ATÓMICOS POR NIVEL DE ENERGÍA
DEPENDIENDO DEL VALOR DE n, EL NÚMERO DE TIPOS DE ORBITALES ES:
n TIPOS DE ORBITALES1 1s2 2s, 2p3 3s, 3p, 3d4 4s, 4p, 4d, 4f5 5s, 5p, 5d, 5f6 6s, 6p, 6d, 6f7 7s, 7p, 7d
FORMAS DE LOS ORBITALES
ORBITAL 2s
ORBITAL 2pxORBITAL 2py ORBITAL 2pz
ENLACE QUÍMICO(1)ENLACE QUÍMICO(1)
LAS PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS
ELEMENTOS QUÍMICOS, DEPENDEN DEL
NÚMERO DE ELECTRONES EXTERNOS.
CUANDO LOS ÁTOMOS SE ENLAZAN
QUÍMICAMENTE EXISTE TRANSFERENCIA
O COMPARTICIÓN DE ELECTRONES.
ENLACE QUÍMICO(2)ENLACE QUÍMICO(2)En la formación de la molécula de hidrógeno h2, existen las siguientes interacciones de tipo eléctrico:
+
-
HA
+
-
HB
Fuerzas de atracción
Fuerzas de repulsión
ENLACE QUÍMICO(3)ENLACE QUÍMICO(3)
-+
HA
- +
HB
SE FORMA LA MOLÉCULA DE HIDRÓGENOCUANDO LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN SON MAYORES QUE LAS DE REPULSIÓN
ENLACE QUÍMICO(4)
COMO EL ENLACE QUÍMICO SE LLEVA
A CABO MEDIANTE LA COMPARTICIÓN
DE ELECTRONES DE 2 ÁTOMOS
DIFERENTES, PARA DISMINUIR LAS
REPULSIONES ELÉCTRICAS ENTRE ELLOS
SU ESPÍN DEBERÁ DE SER CONTRARIO.
MODELO ENLACE-VALENCIA (1)MODELO ENLACE-VALENCIA (1)
LOS PARES ELECTRONICOS PUEDEN SER
COMPARTIDOS CUANDO UN ORBITAL
PARCIALMENTE LLENO DE UN ÁTOMO SE
SOBREPONE CON OTRO ORBITAL
PARCIALMENTE LLENO DE OTRO ÁTOMO
MODELO ENLACE-VALENCIA(2)MODELO ENLACE-VALENCIA(2)
ENLACES : SE FORMAN CUANDO SE SOBREPONEN ORBITALES A TRAVÉS DEL EJE INTERNUCLEAR
ENLACES : SE FORMAN CUANDO SE
SOBREPONEN ORBITALES DE MANERA
LATERAL.
TIPOS DE ENLACES:
SOBREPOSICIÓN DE ORBITALES Y SOBREPOSICIÓN DE ORBITALES Y FORMACIÓN DEL ENLACE COVALENTEFORMACIÓN DEL ENLACE COVALENTE
H H1s 1s
HH
Configuración electrónica del átomo de carbono
El átomo de carbono tiene el número atómico 6, en la tabla periódica de los elementos, lo cual implica que tiene 6 protones (cargas positivas en el núcleo y para ser eléctricamente neutro también deberá tener 6 electrones (cargas negativas), los cuales se distribuyen alrededor del núcleo, esta estructura se representa de la siguiente manera:
6[C] 1s2 2s2 2px1 2py
1 2pz0
Donde 6[C] representa el núcleo atómico, los coeficientes numéricos es el nivel de energía (n), las letras s y p son el tipo de orbital, los exponentes (1 y 2) son el número de electrones y las flechas representan el spin del electrón.
Capacidad de combinación Capacidad de combinación del átomo de carbonodel átomo de carbono
6[C] 1s2 2s2 2px1 2py
1 2pz0
De acuerdo al concepto de enlace químico, el átomo de carbono podrá formar dos enlaces covalentes debido a que posee únicamente dos electrones desapareados.
Es decir que cuando el carbono se combina con el hidrógeno podrá formar la molécula CH2.
ESTRUCTURA DEL METANO(3)
En su capa más externa el átomo de carbono solamente tiene 2 electrones desapareados y deberá formar 2 enlaces con los átomos de hidrógeno.
el ángulo de enlace deberá de ser de 90°.2s
2p
1s
H H
6[C]
¿ MOLÉCULA DE CH2?
C
LA FÓRMULADEL COMPUESTODE CARBONO EHIDRÓGENO SERÍÁ CH2 Y EL ÁNGULODE ENLACE DE 90 °
H
H
¿ Coincide con la realidad ?
ESTRUCTURA DEL METANOESTRUCTURA DEL METANO
De estudios con rayos X se ha
llegado a la conclusión de que la
molécula de metano CH4, tiene
una estructura tetraédrica es decir:
Ángulos de enlace 109° 29’
Distancia de enlace 119 pm
109° 29’
119 pm
ESTRUCTURA DEL METANO (2)
Debido a lo anterior, se
puede afirmar que: la
estructura del metano es
inconsistente con la
estructura predicha por la
configuración electrónica
del átomo de carbono
TETRAVALENCIA DEL CARBONO
Para que el átomo de carbono sea tetravalente, se promueve un electrón del orbital 2s al orbital 2p vacio
2s
2p
2s
2p
¿ SON EQUIVALENTES LOS ÁTOMOS DE HIDRÓGENO?
CC
Aunque el carbono
es tetravalente, la
estructura de la
molécula hace que
los átomos de
hidrógeno no sean
equivalentes6C 1s2 2s1 2px
2 2py 2 2pz
2
H
H
H
H
H H H H
LA TEORÍA DE HIBRIDACIÓN (1)LA TEORÍA DE HIBRIDACIÓN (1)
Para hacer coincidir la teoría (configuración electrónica) y
la realidad (estructura del metano CH4), se estableció la
Teoría de la Hibridación, que consideró que sí el
compuesto más simple existente entre carbono e hidrógeno
es CH4 , y los átomos de hidrógeno eran equivalentes, era
necesario modificar lo establecido por la configuración
electrónica y hacerlo coherente con la estructura real de la
molécula.
LA TEORÍA DE HIBRIDACIÓN (2)LA TEORÍA DE HIBRIDACIÓN (2)
1. La teoría de la hibridación propuso que en el caso del
átomo de carbono, Para que fuera tetravalente y sus
orbitales equivalentes, sería necesario combinar
(hibridar) los orbitales atómicos 2s y los tres 2p, y de esa
combinación obtener cuatro orbitales híbridos, 2sp3,
con la misma energía, es decir equivalentes.
LA TEORÍA DE HIBRIDACIÓN (3)
2. La formación de los orbitales híbridos garantiza
que:
a) El átomo de carbono sea tetravalente.
b) Que los orbitales híbridos al tener la
misma energía, la combinación del
carbono con hidrógeno produzca átomos de
hidrógeno químicamente equivalentes
(iguales)
LA TEORÍA DE HIBRIDACIÓN (4)
A continuación de manera gráfica
mostraremos la aplicación de la teoría de la
hibridación aplicada a la formación de las
moléculas de metano CH4, y eteno CH2 = CH2
y acetileno CH CH
Hibridación spHibridación sp33
2s
2p
2p
2p
sp3
sp3
sp3
sp3
Al hibridarse producen
4 orbitales atómicos 4 orbitales híbridos
HIBRIDACIÓN sp3
SE MEZCLAN EL ORBITAL 2s Y LOS TRES
ORBITALES 2p, FORMANDO 4 ORBITALES
HIBRIDOS 2sp3
2s
2p
2sp3
2p
2p
2p2s
2sp3
2sp3
2sp3
2sp3
C
109° 29’
109°29’
109°29’
109°29’
Distribución en el espacio de los orbitales híbridos sp3
FORMACIÓN DE ENLACE FORMACIÓN DE ENLACE C – H. C – H.
C sp3
CHH – C
Hs
Enlace sigma
MOLÉCULA DE METANOMOLÉCULA DE METANO
CC
HH
H
H
JUSTIFICACIÓN PARA LA JUSTIFICACIÓN PARA LA HIBRIDACIÓN DE ORBITALESHIBRIDACIÓN DE ORBITALES
El modelo es consistente con la estructura del metano.
Permite la formación de 4 enlaces en lugar de 2.
Los cuatro átomos de hidrógeno, al estar distribuidos uniformemente alrededor del átomo de carbono hace que sean químicamente equivalentes.
EN RESUMENEN RESUMEN
EN EL ÁTOMO DE CARBONO, CUATRO PARES ELECTRÓNICOS IMPLICAN:
ARREGLO TETRAÉDRICO DE LOS
PARES ELECTRÓNICOS.
HIBRIDACIÓN sp3
ENLACE C – C EN EL ETANO
CH3 – CH3
ESTRUCTURA DEL ETILENOESTRUCTURA DEL ETILENOC2H4
CH2 = CH2
ESTRUCTURA PLANA
ÁNGULOS DE ENLACE CERCANOS A 120°
DISTANCIA DE ENLACEC – H = 110 pmC – C = 134 pm
HIBRIDACIÓN DE ORBITALESHIBRIDACIÓN DE ORBITALESSe promueve un electrón del orbital 2s al orbital 2p vacio y se hibridan el orbital 2s con dos orbitales 2p, formando tres orbitales hibridos 2sp2, quedando un orbital 2p sin participar
2s
2p
2sp2
2p
2p
2p
2p2s
2sp2
2sp2
2sp2
ENLACE ENLACE EN EL ETILENO EN EL ETILENO
ORBITALES pZ
ORBITALESHIBRIDOS sp2
C
H
H
ENLACE
C
H
H
FORMACIÓN DEL ENLACE FORMACIÓN DEL ENLACE (1) (1)
EJEINTERNUCLEAR
ORBITALES pz
LOS ENLACES SE FORMAN AL SOBREPONERSE2 ORBITALES p
cc
FORMACIÓN DEL ENLACE
C C C C π
ENLACE EN EL ETILENO
π
MOLÉCULA DE ACETILENO
TRIPLE ENLACE
ESTRUCTURA LINEAL
C2H2
H – C C – H
ÁNGULO DE ENLACE 180°
LONGITUD DE ENLACE:C – C 120.3 pmC – H 106.1 pm
2s
2p
2p
2p
2sp
2sp
HIBRIDACIÓN DE ORBITALES
Se promueve un electrón del orbital 2s al orbital 2p vacío y se hibridan el orbital 2s con un orbital 2p, formando dos orbitales hibridos 2sp, quedando dos orbitales 2p sin participar
2s
2p 2p
2sp
HIBRIDACIÓN spHIBRIDACIÓN sp
SE HIBRIDAN EL ORBITAL 2s Y UNO DELOS TRES ORBITALES 2p, QUEDANDO DOS ORBITALES 2p PUROS.
2s
2p 2p
2sp
ENLACES EN EL ACETILENO
ORBITALES HÍBRIDOS sp
ENLACE EN EL ACETILENO (1)
H
C
CH
ENLACES ENLACES EN EL ACETILENO(2) EN EL ACETILENO(2)
H
C
H
C
ENLACES EN EL ACETILENO(3)
H
C
CH