Hibridación del Carbono
Periodo académico: 2 Lección: 2
Química
Once
Introducción
Tal vez la principal característica del átomo de carbono, como base para la amplia gama de compuestos orgánicos, es su capacidad para formar enlaces estables con otros átomos de carbono, con lo cual es posible la existencia de compuestos de cadenas largas de carbonos a los que pueden además unirse otros bioelementos. Muy pocos elementos poseen esta capacidad; el más destacado es el silicio, aunque este elemento forma cadenas cortas e inestables. En estado óptimo el carbono no actúa estrictamente, pues si bien se sabe que este tiene cuatro electrones en su última capa de valencia, no son suficientes para la creación de los compuestos que se conocen, por esto, el carbono debe actuar de otra manera, formando híbridos y por ende la instrucción de nuevos enlaces.
Química
Estándares de competencia
Química
Glosario
- Configuración electrónica: Indica la forma en la cual los electrones se distribuyen a través de los diferentes niveles y subniveles de energía.
- Enlace: Es la fuerza molecular que permite unir a diferentes átomos con la finalidad de interactuar entre ellos y formar nuevas sustancias.
- Hibridación: Este término hace referencia al proceso que ocurre cuando los orbitales del mismo átomo se mezclan.
- Orbitales moleculares: Es una zona del de alta densidad electrónica. Porque es en ese lugar en donde interactúan las cargas de los átomos que están formando una unión. Cuando el intercambio es simétrico, el enlace se denomina sigma (enlace σ), siendo los más comunes en los compuestos orgánicos.
Química
Glosario
- Promoción electrónica: La promoción electrónica es el paso de un electrón que se encuentra apareado en un orbital, hacia el orbital más cercano que se encuentre vacío.
- Spin: Es el sentido de rotación que adquiere un electrón en un orbital, en su mismo eje, puede ser positivo si gira en contra dirección de las manecillas del reloj o negativo si gira a favor.
Química
Características del Carbono
Ya se ha visto durante el curso, que el Carbono es el elemento protagónico de la química orgánica, esto se debe a sus características, como:
- Tiene un número atómico igual a 6.
- Si se encuentra en estado neutro, cuenta con 6 electrones.
- Es tetravalente (4 electrones, ubicados en el último nivel de energía).
- Elemento que se encuentra en todos los seres vivos.
- Es de los pocos elementos que puede presentar enlaces estables consigo mismo.
- Se puede unir a otros átomos, mediante enlaces; dobles, simples y triples.
- La química orgánica y la bioquímica, se centran en su estudio.
Química
Capacidad de enlace del carbono.
La configuración electrónica del carbono explica sus elevadas posibilidades de combinación consigo mismo y con otros elementos, dando lugar a una gran cantidad de compuestos.
Configuración electrónica del Carbono La configuración electrónica del carbono explica sus elevadas posibilidades de combinación consigo mismo y con otros elementos, dando lugar a una gran cantidad de compuestos.
Como cualquier otro elemento que pertenece a la tabla periódica, se emplea el mismo método de configuración electrónica. Haciendo uso del diagrama de Möller (ver imágen) podemos determinar la configuración electrónica del carbono.
Química
Configuración electrónica del Carbono
Recordemos que el diagrama de Möller es un esquema que se utiliza en química para plantear la configuración electrónica de cada elemento perteneciente a la tabla periódica. Dicho diagrama muestra el orden que deben llevar los niveles de energía y sus órbitas a medida que se van distribuyendo los electrones siguiendo la dirección indicada por las líneas diagonales.
Carbono: C Número atómico (Z) = número de protones del elemento. Número atómico del carbono= 6
Química
Configuración electrónica del Carbono
- Teniendo lo anterior claro, se sigue el orden establecido de la configuración electrónica (Ver diagrama de Möller), hasta llegar a seis (6) electrones.
- Llegamos hasta el subnivel de energía (p), y se observa que este tiene 6 electrones, esto quiere decir que es el máximo de electrones que puede ocupar ese nivel, por lo tanto, pueden ir allí desde 1 hasta máximo 6; como solo hace falta dos (2) electrones para llegar a los 6 electrones del carbono, se pone solo dos
- La configuración electrónica quedaría:
Nota: para hacer la configuración electrónica el átomo debe ser neutro, por lo tanto, si tiene 6 protones, debe tener 6 electrones.
Química
Configuración gráfica o Spin
Es una representación gráfica, que pretende dibujar los orbitales mediante flechas, de forma horizontal en sentido norte y sur. Esta representación va a depender del nivel de energía y los electrones que pueda llegar adquirir. Número cuántico Spin: indica el sentido de rotación que adquiere un electrón en un orbital, en su mismo eje. De este modo se tienen dos sentidos de rotación:
Química
Configuración gráfica o Spin
a. A favor de las manecillas del reloj: En este caso, se tiene un spin negativo -1/2.
Este spin negativo se representa con una flecha hacia abajo.
b. En contra de las manecillas del reloj: En este caso, se tiene un spin positivo +1/2.
Este spin positivo se representa con una flecha hacia arriba
Química
Configuración gráfica o Spin
Después de tener lo anterior claro, se debe considerar que, en cada orbital, caben 2 electrones, uno de spin positivo y otro con el spin negativo.
Configuración electrónica de los orbitales En cada subnivel de energía se puede ubicar cierto número de electrones, de la siguiente forma:
Química
Se debe tener en cuenta que todos se ubican en pares (principio de Pauli) de la siguiente forma:
En caso de que los electrones no sean suficientes como para llenar todos los subtipos de cada orbital, primero se llenan los subniveles con los spines positivos y luego los negativos (principio de máxima multiplicidad de Hund).
Química
El carbono tiene un número atómico igual a 6 y presenta la siguiente configuración electrónica en estado basal o fundamental:
Es decir, tiene completo el primer nivel de energía, mientras que, en el segundo nivel, posee cuatro electrones: dos en el orbital 2s, que está completo y dos más ubicados en los orbitales 2px y 2py, de modo que el orbital 2pz está vacío.
Química
Nota: como se puede ver los subnivel de energía p, presentan 3 ejes (x,y,z), los cuales pueden tener representación en tres dimensiones, aquí es cuando se habla si la molécula es lineal (solo posee la x), trigonal plana (posee x, y) o tridimensional (posee x,y,z). Como en el caso del carbono solo tiene 6 electrones, el plano pz permanece vacío. A este se le conoce como geometría molecular.
Química
Orientación de los orbitales en el espacio
Orbital s: no posee ninguna orientación, representa un círculo.
Química
Orbital p: Presenta tres ejes
Química
Hibridación de orbitales
La hibridación del carbono implica la combinación de dos orbitales atómicos puros para formar un nuevo orbital molecular “híbrido” con características propias. La noción de orbital atómico da una mejor explicación que el concepto anterior de órbita, para establecer una aproximación de dónde hay mayor probabilidad de hallar un electrón dentro de un átomo.
Enlaces entre orbitales híbridos: El tipo de enlace que resulta de la fusión de dos orbitales híbridos, sp, es diferente al que se forma a partir de dos orbitales p no hibridados. En el primer caso, se forma un enlace sigma (s), mientras que en el segundo se obtiene un enlace pi (p).
Química
Enlaces entre orbitales híbridos En el siguiente cuadro comparativo se detallan las características de cada tipo de enlace:
Química
Tipos de Hibridación
Hibridación tetragonal (sp3): Se presenta cuando un átomo de carbono forma enlaces con cuatro átomos monovalentes, por ejemplo, cuatro átomos de hidrógeno o de algún elemento del grupo de los halógenos, como el cloro; a través de cuatro enlaces covalentes simples, tipo σ (sigma).
Química
Hibridación trigonal (sp2): Cuando el carbono se combina con solo tres átomos, debe ocupar dos valencias con un átomo que no sea monovalente. Por ejemplo, puede unirse con dos átomos de hidrógeno y con otro átomo de carbono, como ocurre en la molécula de etileno.
Química
Hibridación digonal (sp): Mediante la hibridación sp se establecen dos orbitales “híbridos” a partir del orbital 2s puro y tres orbitales 2p puros. De esta manera se forman dos orbitales p puros que participan en la formación de un enlace triple. Para este tipo de hibridación se presenta como ejemplo la molécula de acetileno (C2H2), cuyos enlaces forman ángulos de 180° entre los átomos y le proporcionan una geometría lineal.
Química
Ejemplos de Hibridación
Química
Tabla comparativa: Tipos de hibridación
Química
Química
Química
Química
Bibliografía
Mondragón Martínez, César et al (2010) Hipertexto en Editorial Santillana,Bogotá, Colombia. Grado 11. Peralta Sanhueza, C., & Naranjo, G. Química Orgánica I.
Química
Hibridación del Carbono P2L2
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Created on February 8, 2022
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Hibridación del Carbono
Periodo académico: 2 Lección: 2
Química
Once
Introducción
Tal vez la principal característica del átomo de carbono, como base para la amplia gama de compuestos orgánicos, es su capacidad para formar enlaces estables con otros átomos de carbono, con lo cual es posible la existencia de compuestos de cadenas largas de carbonos a los que pueden además unirse otros bioelementos. Muy pocos elementos poseen esta capacidad; el más destacado es el silicio, aunque este elemento forma cadenas cortas e inestables. En estado óptimo el carbono no actúa estrictamente, pues si bien se sabe que este tiene cuatro electrones en su última capa de valencia, no son suficientes para la creación de los compuestos que se conocen, por esto, el carbono debe actuar de otra manera, formando híbridos y por ende la instrucción de nuevos enlaces.
Química
Estándares de competencia
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Glosario
Química
Glosario
Química
Características del Carbono
Ya se ha visto durante el curso, que el Carbono es el elemento protagónico de la química orgánica, esto se debe a sus características, como:
Química
Capacidad de enlace del carbono. La configuración electrónica del carbono explica sus elevadas posibilidades de combinación consigo mismo y con otros elementos, dando lugar a una gran cantidad de compuestos.
Configuración electrónica del Carbono La configuración electrónica del carbono explica sus elevadas posibilidades de combinación consigo mismo y con otros elementos, dando lugar a una gran cantidad de compuestos.
Como cualquier otro elemento que pertenece a la tabla periódica, se emplea el mismo método de configuración electrónica. Haciendo uso del diagrama de Möller (ver imágen) podemos determinar la configuración electrónica del carbono.
Química
Configuración electrónica del Carbono
Recordemos que el diagrama de Möller es un esquema que se utiliza en química para plantear la configuración electrónica de cada elemento perteneciente a la tabla periódica. Dicho diagrama muestra el orden que deben llevar los niveles de energía y sus órbitas a medida que se van distribuyendo los electrones siguiendo la dirección indicada por las líneas diagonales.
Carbono: C Número atómico (Z) = número de protones del elemento. Número atómico del carbono= 6
Química
Configuración electrónica del Carbono
Nota: para hacer la configuración electrónica el átomo debe ser neutro, por lo tanto, si tiene 6 protones, debe tener 6 electrones.
Química
Configuración gráfica o Spin
Es una representación gráfica, que pretende dibujar los orbitales mediante flechas, de forma horizontal en sentido norte y sur. Esta representación va a depender del nivel de energía y los electrones que pueda llegar adquirir. Número cuántico Spin: indica el sentido de rotación que adquiere un electrón en un orbital, en su mismo eje. De este modo se tienen dos sentidos de rotación:
Química
Configuración gráfica o Spin
a. A favor de las manecillas del reloj: En este caso, se tiene un spin negativo -1/2.
Este spin negativo se representa con una flecha hacia abajo.
b. En contra de las manecillas del reloj: En este caso, se tiene un spin positivo +1/2.
Este spin positivo se representa con una flecha hacia arriba
Química
Configuración gráfica o Spin
Después de tener lo anterior claro, se debe considerar que, en cada orbital, caben 2 electrones, uno de spin positivo y otro con el spin negativo.
Configuración electrónica de los orbitales En cada subnivel de energía se puede ubicar cierto número de electrones, de la siguiente forma:
Química
Se debe tener en cuenta que todos se ubican en pares (principio de Pauli) de la siguiente forma:
En caso de que los electrones no sean suficientes como para llenar todos los subtipos de cada orbital, primero se llenan los subniveles con los spines positivos y luego los negativos (principio de máxima multiplicidad de Hund).
Química
El carbono tiene un número atómico igual a 6 y presenta la siguiente configuración electrónica en estado basal o fundamental:
Es decir, tiene completo el primer nivel de energía, mientras que, en el segundo nivel, posee cuatro electrones: dos en el orbital 2s, que está completo y dos más ubicados en los orbitales 2px y 2py, de modo que el orbital 2pz está vacío.
Química
Nota: como se puede ver los subnivel de energía p, presentan 3 ejes (x,y,z), los cuales pueden tener representación en tres dimensiones, aquí es cuando se habla si la molécula es lineal (solo posee la x), trigonal plana (posee x, y) o tridimensional (posee x,y,z). Como en el caso del carbono solo tiene 6 electrones, el plano pz permanece vacío. A este se le conoce como geometría molecular.
Química
Orientación de los orbitales en el espacio
Orbital s: no posee ninguna orientación, representa un círculo.
Química
Orbital p: Presenta tres ejes
Química
Hibridación de orbitales
La hibridación del carbono implica la combinación de dos orbitales atómicos puros para formar un nuevo orbital molecular “híbrido” con características propias. La noción de orbital atómico da una mejor explicación que el concepto anterior de órbita, para establecer una aproximación de dónde hay mayor probabilidad de hallar un electrón dentro de un átomo.
Enlaces entre orbitales híbridos: El tipo de enlace que resulta de la fusión de dos orbitales híbridos, sp, es diferente al que se forma a partir de dos orbitales p no hibridados. En el primer caso, se forma un enlace sigma (s), mientras que en el segundo se obtiene un enlace pi (p).
Química
Enlaces entre orbitales híbridos En el siguiente cuadro comparativo se detallan las características de cada tipo de enlace:
Química
Tipos de Hibridación
Hibridación tetragonal (sp3): Se presenta cuando un átomo de carbono forma enlaces con cuatro átomos monovalentes, por ejemplo, cuatro átomos de hidrógeno o de algún elemento del grupo de los halógenos, como el cloro; a través de cuatro enlaces covalentes simples, tipo σ (sigma).
Química
Hibridación trigonal (sp2): Cuando el carbono se combina con solo tres átomos, debe ocupar dos valencias con un átomo que no sea monovalente. Por ejemplo, puede unirse con dos átomos de hidrógeno y con otro átomo de carbono, como ocurre en la molécula de etileno.
Química
Hibridación digonal (sp): Mediante la hibridación sp se establecen dos orbitales “híbridos” a partir del orbital 2s puro y tres orbitales 2p puros. De esta manera se forman dos orbitales p puros que participan en la formación de un enlace triple. Para este tipo de hibridación se presenta como ejemplo la molécula de acetileno (C2H2), cuyos enlaces forman ángulos de 180° entre los átomos y le proporcionan una geometría lineal.
Química
Ejemplos de Hibridación
Química
Tabla comparativa: Tipos de hibridación
Química
Química
Química
Química
Bibliografía
Mondragón Martínez, César et al (2010) Hipertexto en Editorial Santillana,Bogotá, Colombia. Grado 11. Peralta Sanhueza, C., & Naranjo, G. Química Orgánica I.
Química