Hibridización de orbitales

sp³

El carbono tiene CEE = 2s² 2p² en su estado fundamental. En su estado excitado un electrón s salta al nivel p y queda CEE = 2s¹ 2p³. Para formar los 4 enlaces simples (todos s) que necesita para alcanzar el octeto, debe conseguir que los 4 enlaces tengan la misma distancia y energía de enlace y que los ángulos de todos con todos sean los mismos. Para conseguir esto necesita que los orbitales sean iguales. Entonces se hibridizan en un tipo de orbital intermedio entre el s y el p, denominado sp³ porque tiene 1 electrón s y 3 electrones p (25% s, 75% p).

Esto es lo que ocurre con todos los enlaces simples de los elementos que cumplen con el octeto. Por ejemplo el oxígeno tiene CEE = 2s² 2p⁴ en su estado fundamental, lo cual implica que tiene 2 pares de electrones libres (que son 2 orbitales) y 2 electrones que formarán enlace (cada enlace será otro orbital), así que tiene en total 4 orbitales. Un par de electrones libres será un orbital s, el otro será un orbital p y los 2 electrones que forman enlace serán del orbital p. Para equiparar las distancias y energías de enlace estos 4 orbitales se hibridizan dando sp³. Esta es la hibridización que tendrá el oxígeno dentro del agua, dado que el agua consta de 2 enlaces simples.

sp²

Cuando el carbono forma un enlace doble, tiene 3 enlaces s y uno p (el enlace doble consta de un enlace s y uno p). El enlace p está formado por un orbital p puro (sin hibridizar). Los otros 3 orbitales son los que se van a hibridizar. Entonces tenemos 2 electrones p y uno s, por ende es sp² (1/3 s y 2/3 p).

Esto ocurre con todos los enlaces dobles de los elementos que cumplen con el octeto. Por ejemplo, el oxígeno puede utilizar uno de sus orbitales p para formar un enlace p, y quedan otros 3 orbitales que son: un par de electrones libres del orbital s, un par de electrones libres del orbital p y otro electrón del orbital p que también formará enlace. Entonces tenemos un orbital s y 2 orbitales p, que se hibridizan dando sp². Esta es la hibridización del oxígeno gaseoso, que consta de una unión doble (un enlace s y uno p).

También ocurre con los enlaces simples de algunos elementos que no cumplen con el octeto, por ejemplo: el boro. El boro tiene CEE = 2s² 2p¹ en su estado fundamental, y en su estado excitado pasa a ser CEE = 2s¹ 2p². Por lo tanto tiene 2 electrones p y uno s, con los cuales hace 3 orbitales sp² y formará un enlace simple con cada uno de ellos, resultando por ejemplo BF₃, ubicándose en una geometría triangular que es muy estable (la geometría es lo que determina que no cumpla con el octeto). Nótese que el carbono con el enlace doble también resulta dar una geometría triangular.

sp

Cuando el carbono forma algún enlace triple, tiene 2 enlaces s y 2 enlaces p (el enlace triple consta de un enlace s y 2 enlaces p). Entonces solo tiene que hibridizar 2 orbitales que son uno s y el otro p, así resulta el orbital sp que es 50% s y 50% p. La geometría resultante es lineal, estando para un lado el enlace simple y para el otro lado el enlace triple formando un ángulo llano (180º). Lo mismo ocurre cuando el carbono forma 2 enlaces dobles, quedando un enlace doble para cada lado, teniendo entonces para cada lado un enlace s y un enlace p. La causa de este tipo de hibridización es que haya 2 enlaces p, sin importar si estén formando un enlace triple o 2 enlaces dobles.

Esta hibridización se da con todos los enlaces triples de los elementos que cumplen con el octeto dado que todos tienen 2 enlaces p. Por ejemplo el nitrógeno tiene CEE = 2s² 2p³ en su estado fundamental. El N₂ utilizará 2 electrones p para formar cada uno un enlace p, restando entonces 2 electrones s y un electrón p. Uno de esos electrones formará un enlace s y los otros 2 formarán el par de electrones libres, así que tenemos un orbital s y un orbital p que se van a hibridizar, dando como resultado sp.

También ocurre con algunos enlaces simples de algunos elementos que no cumplen con el octeto, por ejemplo: el berilio tiene CEE = 2s² en su estado fundamental y CEE = 2s¹ 2p¹ en su estado excitado, entonces tiene 1 electron s y 1 electron p, que se hibridizan de forma sp dando cada uno un enlace simple, por ejemplo BeCl₂, que es estable debido a su geometría lineal.