Hibridación de Orbitales sp³, sp² y sp: Fundamentos y Geometría Molecular

Tipos de Hibridación de Orbitales Atómicos

Hibridación sp³

La hibridación de un orbital s y 3 orbitales p produce 4 orbitales híbridos sp³. Estos están dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular, formando entre sí ángulos de 109,5º. Se generan 4 orbitales híbridos sp³ con geometría tetraédrica.

Hibridación sp²

Se combinan un orbital s con dos orbitales p, formando 3 orbitales híbridos sp². Los nuevos orbitales están en el mismo plano y forman entre sí ángulos de 120º. Se mantiene un orbital p sin hibridar. Se generan 3 orbitales híbridos sp² con geometría trigonal plana.

Hibridación sp

Los orbitales híbridos sp se forman por combinación de un orbital s con un orbital p. Los nuevos orbitales son lineales, por lo que forman ángulos de 180º. En cada átomo quedan 2 orbitales p sin hibridar. Se generan dos orbitales híbridos sp.

Tipos de Enlaces Covalentes

Enlace Sigma (σ)

Se forma cuando dos orbitales atómicos se superponen por sus extremos, de modo que la densidad electrónica se concentra entre los dos núcleos. Todos los enlaces simples son enlaces σ.

Enlace Pi (π)

Se forma por superposición lateral de los orbitales atómicos p no hibridados. La densidad electrónica se concentra en las partes superiores e inferiores del plano que contiene los núcleos de los átomos enlazados. El enlace π solo se forma cuando ya existe un enlace σ entre los dos átomos.

Ejemplos de Hibridación y Geometría Molecular

Metano (CH₄)

Configuración electrónica del C: 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹.
Por promoción de un electrón del orbital 2s: 1s² 2s¹ 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹.
El carbono presenta hibridación sp³. Los 4 enlaces C-H se forman por superposición de los 4 orbitales híbridos sp³ del C con los orbitales 1s de los 4 átomos de H. Los 4 enlaces son de tipo σ. La molécula tiene geometría tetraédrica.

Eteno (C₂H₄ o CH₂=CH₂)

En el eteno (CH₂=CH₂), los átomos de carbono presentan hibridación sp². Dos orbitales híbridos sp² de los dos átomos de C se superponen frontalmente formando un enlace covalente σ (C-C). Mientras tanto, los dos orbitales p no hibridados (uno de cada átomo de C) se superponen lateralmente formando un enlace π. Así, el enlace doble C=C está constituido por un enlace σ y un enlace π. Los dos orbitales híbridos sp² restantes en cada átomo de C se superponen con los orbitales 1s de los átomos de H, formando enlaces σ (C-H).

Etino (C₂H₂ o CH≡CH)

En la molécula de etino (CH≡CH), los átomos de carbono presentan hibridación sp. Un orbital híbrido sp de cada átomo de C forma un enlace σ (C-C) con otro orbital híbrido sp del otro átomo de C. El otro orbital híbrido sp de cada carbono se superpone con un orbital 1s de un átomo de H, formando un enlace σ (C-H). Los dos orbitales p no hibridados de cada átomo de C forman dos enlaces π entre sí (superposición lateral p-p). De este modo, el triple enlace C≡C se constituye por un enlace σ y dos enlaces π entre los átomos de C.

Agua (H₂O)

El átomo central de oxígeno presenta hibridación sp³. Se forman 4 orbitales híbridos sp³. De estos, dos contienen pares de electrones no enlazantes. Los dos orbitales sp³ restantes se solapan con los orbitales 1s de los átomos de H, formando los enlaces O-H de tipo σ (solapamiento sp³-1s). Debido a la repulsión de los pares no enlazantes, los enlaces forman un ángulo de 104,5º. La geometría molecular es angular. Quedan dos orbitales sp³ ocupados por pares de electrones sin enlazar.

Amoniaco (NH₃)

El átomo central de nitrógeno presenta hibridación sp³, lo que da lugar a 4 orbitales híbridos sp³ iguales en forma y energía. Uno de los orbitales sp³ contiene un par de electrones no enlazante. Los otros tres orbitales sp³ restantes se solapan con los orbitales 1s de los átomos de H, formando los enlaces N-H de tipo σ (solapamiento sp³-1s). La repulsión del par no enlazante resulta en una disposición piramidal trigonal con ángulos H-N-H ligeramente menores al tetraédrico (aprox. 107º). Queda un orbital sp³ ocupado por un par de electrones sin enlazar.