Hibridación de Orbitales Atómicos: Explicando la Geometría Molecular

Hibridación de Orbitales Atómicos

sp³

El CH₄ contiene cuatro enlaces C-H iguales que forman entre sí ángulos de 109º. Para explicar este hecho, necesitamos admitir que los cuatro orbitales atómicos puros (uno s y tres p) se combinan entre sí y forman cuatro nuevos orbitales idénticos en forma y energía, llamados orbitales híbridos. Los cuatro orbitales híbridos resultantes se orientan en el espacio de manera que las repulsiones electrónicas sean mínimas. Por lo tanto, se encuentran dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular, formando ángulos entre sí de 109º. Por eso, a este tipo de hibridación se la designa con el nombre de hibridación tetraédrica o hibridación sp³. Cada átomo de hidrógeno se solapa frontalmente con uno de los orbitales híbridos, formando un enlace de tipo sigma.

sp²

El BH₃ muestra tres enlaces B-H equivalentes que forman entre sí ángulos de 120º. El boro, de acuerdo con su configuración electrónica, presenta tres electrones de valencia y puede formar tres enlaces covalentes, al promocionar un electrón desde el subnivel de energía 2s al 2p. Para explicar el ángulo experimental, se deben formar, a partir de los tres orbitales atómicos (uno s y dos p), tres orbitales híbridos sp² con ángulos entre sí de 120º. Los orbitales híbridos, cada uno con un electrón desapareado, forman enlaces sigma con los orbitales 1s de los átomos de oxígeno.

sp

En BeCl₂, el ángulo de enlace Cl-Be-Cl es de 180º, y las distancias de enlace Cl-Be son iguales para ambos enlaces. El berilio debe formar dos enlaces covalentes, al promocionar un electrón desde el subnivel de energía 2s al 2p. Los orbitales 2s y 2p se combinan para formar dos orbitales híbridos equivalentes, llamados orbitales sp. Estos orbitales, cada uno con un electrón desapareado, se separan por fuerzas de repulsión electrostática, formando un ángulo de 180º. Cada orbital híbrido se solapa frontalmente con uno de los orbitales 3p de un átomo de cloro, dando lugar a dos enlaces covalentes sigma.

Hibridación en Moléculas con Dobles o Triples Enlaces

La teoría de enlace de valencia también explica perfectamente mediante la hibridación la geometría de las moléculas con dobles o triples enlaces. Por ejemplo, en la molécula de eteno C₂H₄, los datos experimentales nos indican que los ángulos de enlace H-C-H y C=C-H son de 120º y que las distancias de enlace C-H son todas iguales. Para justificar estos resultados, el carbono debe presentar una hibridación sp². Cada uno de los tres orbitales híbridos formados contiene un electrón desapareado. El cuarto electrón se halla en un orbital 2p puro, perpendicular al plano formado por los orbitales híbridos.

La unión entre dos átomos de C se realiza mediante el solapamiento frontal de dos orbitales híbridos sp², formando un enlace sigma, y por el solapamiento lateral de dos orbitales 2p puros, originando un enlace pi. A su vez, el resto de los orbitales híbridos sp² se solapa con los orbitales 1s de los átomos de H, dando lugar a cuatro enlaces sigma.