9.23: Orbitales Híbridos - sp y sp²

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¿Cómo se abre el círculo cerrado?

Romeo y Julieta fueron dos de los amantes ficticios más conocidos de todos los tiempos. Su abrazo permitió que ninguna otra persona fuera parte de ello, solo querían estar juntos. Se necesitó intervención externa para alejarlos unos de otros. Los electrones emparejados son similares a Romeo y Julieta. No se enlazan covalentemente hasta que no están apareados; entonces, pueden formar parte de una estructura química más grande.

sp Hibridación

Se predice que una\(\left( \ce{BeH_2} \right)\) molécula de hidruro de berilio es lineal por VSEPR. El átomo de berilio contiene todos los electrones emparejados y por lo tanto también debe someterse a hibridación. Uno de los\(2s\) electrones se promueve primero al\(2p_x\) orbital vacío (véase la figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{2}\): Promoción de\(\ce{Be}\)\(2s\) electrones. (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

Ahora la hibridación se lleva a cabo sólo con orbitales ocupados, y el resultado es un par de orbitales\(sp\) híbridos. Los dos\(p\) orbitales restantes (\(p_y\)y\(p_z\)) no hibridan y permanecen desocupados (ver figura abajo).

Figura\(\PageIndex{3}\): orbitales\(\ce{Be}\) híbridos. (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

La geometría de los orbitales\(sp\) híbridos es lineal, con los lóbulos de los orbitales apuntando en direcciones opuestas a lo largo de un eje, definido arbitrariamente como el\(x\) eje -eje (ver figura abajo). Cada uno puede enlazarse con un\(1s\) orbital desde un átomo de hidrógeno para formar la\(\ce{BeH_2}\) molécula lineal.

Figura\(\PageIndex{4}\): El proceso de\(sp\) hibridación es la mezcla de un\(s\) orbital con un\(p\) orbital único (el\(p_x\) orbital por convención), para formar un conjunto de dos\(sp\) híbridos. Los dos lóbulos de los\(sp\) híbridos apuntan uno frente al otro para producir una molécula lineal. (Crédito: Jodi So, usando molécula 3D de Ben Mills (Usuario: Benjah-BMM27/Wikimedia Commons; Fuente: Fundación CK-12; Molécula 3D: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beryllium-hydride-molecule-IR-3D-balls.png(opens en una ventana nueva); Licencia: CC BY-NC 3.0 (opens in new window) (3D molecules disponible bajo dominio público))

Otras moléculas cuya geometría de dominio electrónico es lineal y para las que es necesaria la hibridación también forman orbitales\(sp\) híbridos. Los ejemplos incluyen\(\ce{CO_2}\) y\(\ce{C_2H_2}\), que se discutirán con mayor detalle más adelante.

sp² Hibridación

\(\left( \ce{BF_3} \right)\)Se predice que el trifluoruro de boro tiene una geometría plana trigonal por VSEPR. Primero, se promueve un\(2s\) electrón emparejado al\(2p_y\) orbital vacío (véase la figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{5}\): Promoción de\(2s\) electrones. (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

A esto le sigue la hibridación de los tres orbitales ocupados para formar un conjunto de tres\(sp^2\) híbridos, dejando el\(2p_z\) orbital sin hibridar (ver figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{6}\): Formación de\(sp^2\) orbitales. (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

La geometría de los orbitales\(sp^2\) híbridos es plana trigonal, con los lóbulos de los orbitales apuntando hacia las esquinas de un triángulo (ver figura abajo). El ángulo entre dos cualquiera de los lóbulos orbitales híbridos es\(120^\text{o}\). Cada uno puede enlazarse con un\(2p\) orbital desde un átomo de flúor para formar la\(\ce{BF_3}\) molécula plana trigonal.

Figura\(\PageIndex{7}\): El proceso de\(sp^2\) hibridación es la mezcla de un\(s\) orbital con un conjunto de dos\(p\) orbitales (\(p_x\)y\(p_y\)) para formar un conjunto de tres orbitales\(sp^2\) híbridos. Cada lóbulo grande de la órbita híbrida apunta a una esquina de un triángulo plano. (Crédito: Fundación CK-12 - Jodi So, usando estructura molecular 3D por Ben Mills (Wikimedia: Benjah-BMM27); Fuente: molécula 3D: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boron-trifluoride-3D-balls.png(opens en nueva ventana); Licencia: CC-BY-NC 3.0 (molécula 3D disponible bajo el dominio público))

Otras moléculas con geometría de dominio electrónico plano trigonal forman orbitales\(sp^2\) híbridos. \(\left( \ce{O_3} \right)\)El ozono es un ejemplo de una molécula cuya geometría de dominio electrónico es plano trigonal, aunque la presencia de un par solitario en el oxígeno central hace que la geometría molecular se doble. La hibridación del\(\ce{O}\) átomo central del ozono es\(sp^2\).

Resumen

Los electrones emparejados pueden hibridarse y luego participar en enlaces covalentes.

Revisar

¿El átomo de berilio del estado fundamental contiene electrones desapareados?
¿Por qué un electrón 2s en Be es promovido a un orbital 2p?
¿Cuál es la geometría de los dos orbitales sp?