Hibridación de Orbitales
Existen innumerables moléculas en que determinados elementos químicos establecen un cierto número de enlaces covalentes comunes, mas allá que estos enlaces no estuviesen previstos por la configuración electrónica de los átomos de esos elementos.
En el intento de explicar lo que sucede, se creó la teoría de hibridación.
La palabra hibridación, muchas veces se refiere al cruzamiento de dos especies diferentes entre si, dando origen a una nueva especie de características intermediarias de aquellas de las especies que as originaron.
Es mas o menos esa la idea que debemos tener en relación a hibridación de orbitales.
Como el elemento carbono sufre varios tipos diferentes de hibridación y es un elemento químico muy importante, usaremos el carbono para ejemplificar la teoría de la hibridación.
Hibridación sp³ del carbono
Si observamos la configuración electrónica del átomo de carbono en estado fundamental, podremos concluir que el hace apenas dos enlaces covalentes comunes, porque posee apenas dos electrones desemparejados.
Experimentalmente esto no se verifica.
El carbono, en las diversas moléculas que forma, hace siempre 4 enlaces covalentes comunes. Es preciso admitir por lo tanto, que el carbono posee cuatro electrones desemparejados. La explicación aceptada actualmente para este hecho es la dada a continuación:
Un electrón del orbital 2s del carbono es activado y promovido para el orbital 2pz, que estaba vacío, una vez que la diferencia de energía entre esos orbitales no es muy acentuada.
El carbono puede hacer cuatro enlaces del tipo sigma. En este caso, todas son iguales y de igual energía y por tanto los electrones deben estar ocupando orbitales iguales. Esto no se verifica en el estado activado.
Así ocurre una hibridación (mezcla, cruzamiento) entre el orbital s y los 3 orbitales p de la capa de valencia del carbono, originando 4 orbitales nuevos e iguales denominados sp³.
Como las cargas eléctricas del mismo signo se repelen, es lógico pensar que estos 4 electrones van a buscar orientar sus orbitales en un arreglo espacial que les permita quedarse lo más distante posible unos de otros.
La matemática prevé que la distancia máxima entre los 4 ejes se de en un ángulo de 109º28’. Podemos visualizar, imaginando esos 4 ejes partiendo del centro de una pirámide tetraédrica y siguiendo la dirección hacia sus vértices.
De donde se concluye que la orientación de los 4 orbitales sp³ en el espacio sea exactamente esa, siempre considerando que el núcleo de carbono ocupe el centro de la pirámide tetraédrica imaginaria.
Resumiendo: el carbono que hace cuatro enlaces sigma tiene:
- Hibridación sp³
- Geometría tetraédrica
- Ángulo entre los orbitales híbridos de 109º28’.
Otros elementos de la familia del carbono, el silicio y el germanio, forman moléculas como SiH4, SiCl4, GeH4 y GeCl4, a través de ese mismo tipo de hibridación.