ESTRUCTURA DE TETRAEDRO DEL ÁTOMO DE CARBONO.
Los cuatro electrones de valencia se encuentran ubicados 2 en el
orbital 2s y 2 en los orbitales Px y Py, respectivamente; esto implica que los
4 electrones tienen diferente valor en energía. Sin embargo, el análisis
mediante rayos X demuestra que los cuatro enlaces formados por el átomo de
carbono se encuentran en dirección preestablecida. Los cuatro enlaces se
disponen especialmente en las direcciones de los vértices de un tetraedro, cuyo
centro está ocupado por el átomo de carbono. ¿Cómo se explica este fenómeno?
Hemos de tener en cuenta el estado fundamental y el estado excitado del átomo
de carbono. El estado fundamental de un átomo es la distribución electrónica
que presenta cuando se halla en estado libre.
ESTRUCTURA DEL
ATOMO DE CARBONO.
El carbono tiene Z=6, por lo tanto, su distribución electrónica
es: 1s2 2s2 2p2. Teniendo en cuenta la regla
de Hund, los electrones se distribuyen:
Estado basal.
Gracias a esta distribución es que el átomo de carbono puede
formar compuestos como el CO (monóxido de carbono). Sin embargo, el carbono en
los compuestos orgánicos no presenta dos sino cuatro electrones desapareados
(tetravalente). Esto se explica desde la teoría de Linus Pauling sobre la hibridación.
Cuando el átomo de carbono recibe una excitación externa, un
electrón del orbital atómico puro 2s2 se excita, adquiere energía
del medio y salta pasando al orbital atómico puro 2pz, obteniendo:
Estado excitado.
Ahora el átomo de carbono presenta cuatro electrones impares,
disponibles para el enlace, que representa las cuatro valencias que posee. El estado
excitado lo adopta el carbono en el instante de entrar en combinación.
El carbono tiene la capacidad de originar tres tipos de
hibridación según la clase de enlace covalente entre carbonos que presente.
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HIDRDACION SP3,
TETRAGONAL O PIRAMIDAL.
En este caso, los orbitales atómicos puros se mezclan entre si (se
hibridan), para formar cuatro orbitales atómicos híbridos de la forma SP3,
así: 1(2s) + 1(2Px) + 1(2Py) + 1(2Pz) = 4(SP3), esto nos indica que
se formaron 4 orbitales híbridos atómicos y participaron en su constitución 1
orbital puro S y 3 orbitales puros P. los orbitales atómicos híbridos formados
están dirigidos hacia los vértices de un tetraedro regular y separados formando
ángulos entre cada uno de ellos de 109028’. Hay compuestos orgánicos
en los cuales el carbono se enlaza a través de enlaces sencillos o simples llamados
alcanos o hidrocarburos, como el caso del metano.
HIBRIDACION SP2,
TRIGONAL O PLANA.
Se hibridan los orbitales puros 2s, 2Px, 2Py, quedando libre el
2Pz, así: 1(2s) + 1(2Px) + 1(2Py) = 3(SP2), se obtiene tres
orbitales atómicos híbridos de la forma SP2, formándose un ángulo de
1200 entre sí, localizados en un mismo plano y dirigidos hacia los
vértices de un triángulo equilátero. En este caso, el orbital atómico puro Pz
que no sufre hibridación, se sitúa perpendicular al plano de los orbitales
hibridados, estructura que adopta el carbono cuando presenta enlace covalente
doble. Esta hibridación propia de hidrocarburos con enlace doble, alquenos.
HIBRIDACION SP,
DIAGONAL O LINEAL.
Se hibridan los orbitales atómicos puros 2s y 2Px, así: 1(2s) +
1(2Px) = 2(SP), para originar dos orbitales atómicos colineales híbridos de la
forma SP. Los orbitales resultantes SP forman un ángulo de 1800 y
los orbitales es Px y Py no se hibridan y se localizan en forma perpendicular
al eje de los híbridos. Esta hibridación se presenta en el átomo de carbono
para formar enlaces triples entre carbono-carbono. Este tipo de hibridación la
tienen los carbonos unidos a través de un triple enlace, corresponden a
hidrocarburos insaturados, alquinos.
ORBITALES
MOLECULARES.
El par de electrones
compartidos en el enlace covalente no se mantienen estacionados entre los átomos,
sino que ocupan orbitales algo similar a los orbitales atómicos, llamados
moleculares. Estos orbitales que tienen pares de electrones están dispuestos en
el espacio en torno a uno o más centros atómicos o núcleos, en lugar de estar
ALREDOR de uno como es el caso de los orbitales atómicos. Los orbitales
moleculares están formados por el solapamiento de orbitales atómicos puros o híbridos
de los átomos que intervienen en el enlace.
Hay dos tipos generales de orbitales: orbital sigma (σ) y orbital
pi (π).
ORBITAL MOLECULAR
SIGMA (σ). Los
orbitales sigma son uniformes simétricos entorno del eje internuclear, la línea
que pasa por los centros de los átomos enlazados. Las orbitales sigmas se
forman por el solapamiento o cubrimiento de cualesquiera dos de los siguientes
tipos de orbitales atómicos híbridos o sin hibridar: s, p (longitudinal), SP,
SP2, SP3.
ORBITAL MOLECULAR
PI (π). Un
orbital molecular pi no es simétrico en torno del eje internuclear, pero es simétrico
a un plano que contiene ese eje, es decir, tiene dos mitades idénticas, una por
encima y otra por debajo del eje internuclear. El segundo trazo del doble
enlace (-c=c-), y los trazos segundo y tercero del triple enlace (-c≡c-), en la
formula representan cada uno un orbital pi ocupado. Los orbitales moleculares
pi se forman por el solapamiento de los orbitales atómicos puros P paralelos de
dos, tres y cuatro átomos.
ACTIVIDAD 1.
1. ¿Cuál es la distribución electrónica del átomo de carbono?
2. ¿Por qué el átomo de C forma enlaces covalentes fuertes y muy
estables con otros átomos de carbono?
3. Explica la diferencia entre el estado fundamental y excitado de
un átomo de carbono y por qué se produce
4. ¿Que es la hibridación del carbono?
5. ¿Cuáles son los tipos de hibridación del átomo
del C?, dibújalos
6. Establezca diferencias entre los tipos de
hibridación del átomo de C.
7. ¿Que es un orbital atómico?
8. ¿Que es un orbital molecular?
9. ¿Qué diferencia existe entre orbital atómico
y orbital molecular?
10. ¿Cuáles son los tipos de orbitales
moleculares?
11. ¿Que caracteriza a una orbital sigma y a uno pi?
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