¿Cómo puedo averiguar la hibridación de un átomo en particular en una molécula?

Question

Estoy aprendiendo cómo aplicar la teoría VSEPR a las estructuras de Lewis y en mi tarea, me piden proporcionar la hibridación del átomo central en cada estructura de Lewis que he dibujado.

He dibujado la estructura de Lewis para todos los compuestos requeridos y he descubierto los arreglos de las regiones electrónicas, y he determinado la forma de cada molécula. Me piden averiguar la hibridación del átomo central de varias moléculas.

Encontré una pregunta de muestra con todas las respuestas completadas: $\ce{NH3}$

Está hibridado en $\mathrm{sp^3}$.

¿De dónde viene esto? Entiendo cómo averiguar los orbitales estándar para un átomo, pero me siento perdido con la hibridación.

Mi libro de texto usa $\ce{CH4}$ como ejemplo. Carbono tiene $\mathrm{2s^2 \,2p^2}$, pero en esta molécula, tiene cuatro $\mathrm{sp^3}$. Entiendo el propósito de cuatro (hay cuatro hidrógenos), pero ¿de dónde viene el "3" en $\mathrm{sp^3}$?

¿Cómo podría averiguar algo más complicado como $\ce{H2CO}$?

Answer 1

Si puedes asignar la geometría electrónica total (geometría de todos los dominios electrónicos, no solo los dominios de enlace) en el átomo central utilizando VSEPR, entonces siempre puedes asignar automáticamente la hibridación. La hibridación fue inventada para que las teorías de enlace mecánico cuántico funcionen mejor con las geometrías empíricas conocidas. Si conoces una, entonces siempre conoces la otra.

• Lineal - $\ce{sp}$ - la hibridación de un orbital $\ce{s}$ y un orbital $\ce{p}$ produce dos orbitales híbridos orientados a $180^\circ$ el uno del otro.
• Planar trigonal - $\ce{sp^2}$ - la hibridación de un orbital $\ce{s}$ y dos orbitales $\ce{p}$ produce tres orbitales híbridos orientados a $120^\circ$ uno del otro todos en el mismo plano.
• Tetraédrico - $\ce{sp^3}$ - la hibridación de un orbital $\ce{s}$ y tres orbitales $\ce{p}$ produce cuatro orbitales híbridos orientados hacia los puntos de un tetraedro regular, separados $109.5^\circ$ el uno del otro.
• Bipiramidal trigonal - $\ce{dsp^3}$ o $\ce{sp^3d}$ - la hibridación de un orbital $\ce{s}$, tres orbitales $\ce{p}$, y un orbital $\ce{d}$ produce cinco orbitales híbridos orientados en esta forma extraña: tres orbitales híbridos ecuatoriales orientados a $120^\circ$ uno del otro todos en el mismo plano y dos orbitales axiales orientados a $180^\circ$ el uno del otro, ortogonales a los orbitales ecuatoriales.
• Octaédrico - $\ce{d^2sp^3}$ o $\ce{sp^3d^2}$ - la hibridación de un orbital $\ce{s}$, tres orbitales $\ce{p}$, y dos orbitales $\ce{d}$ produce seis orbitales híbridos orientados hacia los puntos de un octaedro regular a $90^\circ$ el uno del otro.

Asumo que no has aprendido ninguna de las geometrías por encima del número estérico 6 (ya que son raras), pero cada una corresponde también a una hibridación específica.

  

$\ce{NH3}$

Para $\ce{NH3}$, ¿en qué categoría se ajusta arriba? Recuerda contar el par solitario como un dominio electrónico para determinar la geometría electrónica total. Dado que la pregunta de muestra dice que $\ce{NH3}$ es $\ce{sp^3}$, entonces $\ce{NH3}$ debe ser tetraédrico. Asegúrate de poder averiguar cómo $\ce{NH3}$ tiene geometría electrónica tetraédrica.

  

Para $\ce{H2CO}$

1. Comienza dibujando la estructura de Lewis. El átomo menos electronegativo que no sea un hidrógeno va en el centro (a menos que se te haya dado una disposición estructural).
2. Determina el número de dominios electrónicos en el átomo central.
3. Determina la geometría electrónica usando VSEPR. Correlaciona la geometría con la hibridación.
4. Practica hasta que puedas hacer esto rápidamente.

Answer 2

La hibridación se da por la siguiente fórmula: $$H= \frac{1}{2} (V + X - C + A)$$ Donde:

• $V$ = número de electrones de valencia en el átomo central

• $X$ = número de átomos monovalentes alrededor del átomo central

• $C$ = carga positiva en el catión

• $A$ = carga negativa en el anión

$$H=4 \to \ce{sp^3},\;2\to \ce{sp,\;3}\to \ce{sp^2}...$$

Por ejemplo, en $\ce{NH3}$, la hibridación del átomo de $\ce{N}$ es: $$H= \frac{1}{2}(5+3-0+0)=4 \to \ce{sp^3}$$

Answer 3

Puedes encontrar la hibridación de un átomo al encontrar su número estérico:

El número estérico = el número de átomos unidos al átomo + el número de pares solitarios que tiene el átomo.

Si el número estérico es 4, el átomo está hibridado como $\mathrm{sp^3}$.

Si el número estérico es 3, el átomo está hibridado como $\mathrm{sp^2}$.

Si el número estérico es 2, el átomo está hibridado como $\mathrm{sp}$.

Answer 4

Puedes encontrar la hibridación mediante el método AXE; Aquí A representa el átomo que nos interesa (generalmente el átomo central), X es el número de átomos enlazados a la molécula central o al átomo de interés, y E representa los electrones no enlazantes (pares solitarios). El número total de X y E se conoce como número estérico.

Fórmula

Forma (Nombre)

Ángulos de Enlace

Hibridación

AX₂

Lineal

180°

sp

AX₃

Plano Trigonal

120°

sp²

AX₄

Tetraédrico

109.5°

sp³

AX₅

Bipirámide Triangular

120,90°

sp³d

AX₆

Octaédrico

90°

sp³d²

AX₂N

Angular

120°

sp²

AX₂N₂

Angular

109.5°

sp³

AX₃N

Piramidal Trigonal

109.5°

sp³

También puedes encontrar la hibridación mediante la fórmula empírica $$\frac{1}{2}(V + H - C + A)$$ Donde,

• V = Número de electrones de valencia en el átomo central
• H = Número de átomos monovalentes circundantes
• C = Carga catiónica
• A = Carga aniónica

Ahora intenta averiguar la hibridación del etano por ti mismo. Consulta esto de lo contrario.