HIBRIDACIÓN
La hibridación consiste en una mezcla de orbitales puros en un estado excitado para formar orbitales híbridos equivalentes con orientaciones determinadas en el espacio. Estos cambios se presentan entre los orbitales de un mismo nivel de energía; lo que significa que en el átomo de carbono se presenta en la última capa electrónica correspondiente al nivel dos involucrando a los subniveles 2s2 y 2p2. A los orbitales híbridos que se forman se les conoce como sp, sp2, sp3.
La distribución electrónica espacial del átomo de carbono es 1s2 2s2 2p2, vemos que la capa externa del carbono corresponde al nivel dos donde se presentan cuatro electrones de valencia, con dos subniveles (uno s y otro p); el subnivel 2s está lleno y el subnivel 2p tiene dos orbitales semillenos y uno de ellos está vacío. Los cuatros electrones de valencia del carbono se distribuyen de tal forma en su hibridación, que pasan a ser todos equivalentes dentro de sus orbitales atómicos y así, el carbono puede unirse mediante cuatro enlaces covalentes sencillos con átomos iguales o diferentes hecho conocido como tetravalencia.
Figura1. Distribución electrónica del carbono.
TEORÍA DE HIBRIDACIÓN
Como ya se menciono la configuración electrónica anterior (figura 1). En la que se presenta el átomo de carbono en su estado normal o básico. Al entrar en combinación, uno de los dos electrones de tipo 2s adquiere un poco mas de energía, la suficiente para llegar a ser un electrón de tipo p, y pasar a ocupar el orbital 2pz, inicialmente vació. Decimos entonces que hubo una promoción del electrón y que el átomo pasó de su estado fundamental a un estado excitado. Gráficamente tenemos:
Estado fundamental: 1s2 2s2 2px1 2py1
Estado excitado: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz 1
En su estado excitado, el carbono presenta sus cuatro electrones de valencia desapareados y, por tanto, está en capacidad de formar cuatro enlaces, como es el hecho real. En términos sencillos la teoría de hibridación considera que en la formación de enlaces los átomos no siempre participan con sus electrones ubicados en orbitales atómicos normales, sino que las características de los electrones cambian de tal manera que continúan moviéndose en espacios un poco diferentes conocidos como orbitales híbridos. Podríamos decir que los orbitales atómicos originales se mezclan o reestructuran para formar los orbitales híbridos. La forma y orientación de los orbitales híbridos depende de cuales sean los orbitales atómicos que participan en la hibridación.
HIBRIDACIÓN TETRAÉDRICA sp3
Se presenta en los átomos de carbono con enlaces simples o uniones sencillas (alcanos). Se da cuando se combinan los tres orbitales 2p (y, x , z) con el orbital 2s formando cuatro nuevos orbitales moleculares denominados sp3.
La figura resultante es un tetraedro donde su núcleo se halla en el centro y sus cuatros electrones de valencia están situados en los vértices formando entre si un angulo de 109º 28’. De esta manera, cada uno de los cuatro orbitales híbridos sp³ del carbono puede enlazarse a otros 4 átomos, así se explica la tetravalencia del átomo de carbono.
Debido a su condición híbrida, y por disponer de 4 electrones de valencia para formar enlaces covalentes sencillos, pueden formar entre sí cadenas con una variedad ilimitada entre ellas: cadenas lineales, ramificadas, anillos, etc. Los enlaces simples o sencillos –C-C- son de tipo Sigma (σ ) y por tanto, de naturaleza bastante fuerte.
HIBRIDACIÓN TRIGONAL sp2
Se presenta en los átomos de carbono con enlaces dobles. En esta hibridación sólo se combinan los dos orbitales 2p (x, y) con el orbital 2s para formar únicamente tres orbitales híbridos sp2, quedando sin hibridar uno de los orbitales 2p (z) con su electrón disponible. El orbital no hibridado queda perpendicular al plano de los 3 orbitales sp² que al unir imaginariamente forma una pirámide de base triangular plana que da el nombre a la hibridación. El enlace doble está constituido por un enlace sigma (σ) fuerte y otro pi (π), más débil y por tanto, más reactivo. Cuando ocurre un enlace doble, los cuatro enlaces de cada carbono ya no se dirigen a los vértices de un tetraedro, sino que forman un angulo de 120º entre si, estando todos los enlaces en un mismo vértice. El carbono hibridado sp2 da lugar a la serie de los alquenos.
HIBRIDACIÓN DIGONAL sp
Se presenta en los átomos de carbono con enlaces triples. Los átomos que se hibridan ponen en juego un orbital s y uno p, para dar dos orbitales híbridos sp, colineales formando un ángulo de 180º. Los otros dos orbitales p no experimentan ningún tipo de perturbación en su configuración. El enlace triple, está conformado por un enlace sigma fuerte y dos enlaces pi similares (débiles).
Un átomo de carbono hibridizado sp. El carbono hibridado sp da lugar a la serie de los alquinos.
PREGUNTA: ¿Cuál es el tipo de enlace que conforman los enlaces simples carbono-carbono?