Ejercicio resuelto de Química · 2020

i) Utilizando el átomo de carbono, explique la hibridación $sp^{2}$. [1,0 punto]

ii) Utilice la molécula de eteno como ejemplo de esta hibridación y dibújela con sus orbitales correspondientes. [1,0 punto]

Datos: Carbono $Z = 6$, Hidrógeno $Z = 1$.

$\textbf{i) Utilizando el átomo de carbono, explique la hibridación sp². [1,0 punto]}$

$\mathrm{C}\ (Z = 6): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^2$

Con esa configuración el carbono solo tendría dos electrones desapareados y formaría dos enlaces, cuando en realidad forma cuatro. Lo que ocurre es que uno de los electrones $2s$ promociona al orbital $2p$ vacío, y a continuación los orbitales de valencia se combinan entre sí.

En la hibridación $sp^2$ el orbital $2s$ se mezcla con $\textbf{dos}$ de los tres orbitales $2p$, y salen tres orbitales híbridos idénticos, contenidos en un mismo plano y separados 120°, que es la disposición que minimiza la repulsión entre ellos. Cada uno formará un enlace $\sigma$.

El tercer orbital $2p$ $\textbf{no se hibrida}$: queda perpendicular a ese plano, con su electrón, disponible para solaparse lateralmente con el de otro átomo y dar un enlace $\pi$.

$\textbf{ii) Utilice la molécula de eteno como ejemplo de esta hibridación y dibújela con sus orbitales correspondientes. [1,0 punto]}$

En el eteno, $\mathrm{CH_2{=}CH_2}$, cada carbono está rodeado de tres zonas de electrones —dos enlaces C–H y el doble enlace— y es, por tanto, $sp^2$:



Cada carbono usa dos de sus híbridos para solaparse frontalmente con el orbital $1s$ de un hidrógeno y el tercero para unirse al otro carbono: son cinco enlaces $\sigma$, todos en el mismo plano y a 120°.

Los dos orbitales $2p$ sin hibridar, perpendiculares a ese plano, se solapan lateralmente por encima y por debajo y dan el enlace $\pi$. Ese enlace es el que completa el doble enlace y el que impide el giro en torno a él, y por eso la molécula entera es plana y rígida: es la condición de la isomería geométrica de los alquenos.