Orbitales Híbridos

Habilidades para Desarrollar

• Describir cómo construir orbitales híbridos

Los orbitales híbridos son combinaciones de orbitales atómicos que encajan bien con las estructuras 3D de las moléculas (que apuntan en las mismas direcciones que los enlaces o pares solitarios). Debido a que la unión química se basa en las fuerzas de Coulomb entre electrones y núcleos, esperamos que los electrones de unión pasen gran parte de su tiempo entre los núcleos. Esto es lo que hace un enlace químico. Pero, ¿en qué orbitales están cuando hacen esto? Debido a las formas observadas de las moléculas, parece que los pares de electrones de valencia ocupan cada uno su propia área, llamada dominio. Pero las posiciones de estas áreas que aprendimos en la sección anterior no coinciden con las posiciones de los orbitales atómicos que estudiamos antes. Podemos arreglar esto haciendo combinaciones de los orbitales atómicos que tienen nuevas formas, llamadas híbridos.

¿Cuándo son útiles los híbridos?

Utilizamos principalmente orbitales híbridos para describir la unión en química orgánica, para compuestos compuestos principalmente de C y H. Los híbridos no son tan buenos para moléculas como SF ₆.

Construcción de orbitales híbridos

Podemos construir orbitales híbridos usando interferencia de ondas. Primero, pensemos en una molécula como BeF ₂ (en fase gaseosa, donde es una molécula y no un sólido iónico). Se predice que esta molécula sea lineal, entonces, ¿cómo ponemos los 4 electrones de unión en 2 orbitales apuntando en la dirección correcta? Podemos imaginar tomar el orbital Be 2s y el orbital 2p _z, y combinarlos de 2 maneras, sumando y restando. Esto nos da 2 nuevos orbitales. (Cada vez que combinas orbitales, sacas tantos como metes). Esto se muestra primero usando ondas “1-D”, donde el eje x es el radio y el eje y es ψ. Es importante pensar en las fases de los orbitales durante esta combinación, y pensar en la interferencia constructiva y destructiva.

La formación de orbitales híbridos sp, ilustrados con ondas 1-D aproximadas, mostrando ψ vs radio. El pequeño círculo muestra la posición del núcleo. Agregamos las 2 olas de la izquierda para obtener la ola total a la derecha.

Una vez que se sienta cómodo con el patrón de mezcla de ondas en el diagrama anterior, mire la versión 2-D.

La formación de orbitales híbridos sp, ilustrada con dibujos 2-D aproximados de orbitales atómicos. La amplitud positiva de ψ se muestra con negro, la amplitud negativa de ψ se muestra con blanco, sobre un fondo gris. Donde las ondas de amplitud positiva y negativa se superponen, la suma se aproxima a cero (fondo gris).

Se puede ver que al combinar un orbital s y un orbital p en el mismo átomo, obtenemos 2 nuevos orbitales, que apuntan direcciones opuestas. Estos orbitales son buenos para hacer 2 enlaces en forma lineal, como en la molécula BeF ₂. Cada uno de los grandes lóbulos negros con hacer un enlace con un orbital orbital o híbrido orbital en F. De la misma manera, podemos mezclar orbitales 1s orbitales y 2p para obtener híbridos sp ², o orbitales 1 s y 3 p para obtener híbridos sp ³, que se muestran a continuación. Utilizamos híbridos sp ² para moléculas planas trigonales como BH ₃ y orbitales sp ³ para formas tetraédricas como en CH ₄.

Híbridos Importantes

Aunque a veces se mencionan otros híbridos, los más importantes son sp, sp ² y sp ³. (Los orbitales híbridos que utilizan orbitales d no suelen ser una descripción buena o útil de lo que está sucediendo). Solo recuerda la forma general de cada uno de estos, y qué molécula de geometría coinciden.

Orbitales híbridos importantes, mostrando el número de orbitales híbridos y el ángulo entre ellos. (De izquierda a derecha o de arriba a abajo, sp, sp ², sp ³.) La amplitud positiva de ψ es azul y la amplitud negativa de ψ es rosa. Las formas son aproximadas. Modificado a partir de originales por Jfmelero vía Wikimedia Commons.

Enlaces externos

• CrashCourse Química: Orbitales (10 min)
• Khan Academy: Hibridación Sp (11 min)

Colaboradores y Atribuciones

• Emily V Eames (City College of San Francisco)