GUIA. No3. QUÍMICA 11º. HIBRIDACION DEL CARBONO
INSTITUCION EDUCATIVA CARLOS ADOLFO URUETA. AYAPEL-CORDOBA.
ASIGNATURA: QUIMICA GENERAL. GRADO 11º___2020. TEMA: EL ATOMO DE
CARBONO. Lic. MIGUEL MEZA.
GUIA DE CLASES NO PRESCENCIALES Nº 3. PERIODO 2.
EJE TEMATICO: HIBRIDACION DEL CARBONO Y CLASES.
TEORIA RELACIONADA.
HIBRIDACION DEL ATOMO DE CARBONO:
Características
El carbono, se encuentra ubicado en el grupo IV A, tiene un número
atómico 6 y número de masa 12; en su núcleo tienen 6 protones y 6 neutrones y
está rodeado por 6 electrones, distribuidos en dos niveles: dos en 1s, dos en
2s y dos en 2p. Los orbitales del nivel dos adquieren una conformación llamada hibridación, donde se acomodan los 4 electrones
del segundo nivel en un orbital híbrido llamado sp.
El carbono tiene la capacidad de compartir cuatro electrones de
valencia y formar cuatro enlaces covalentes fuertes; además, los átomos de
carbono se pueden unir entre ellos y formar largas cadenas y anillos. Pero a
diferencia de todos los demás elementos, el carbono puede formar una gran variedad
de compuestos, ya sean desde los más sencillos, hasta los más complejos, por
ejemplo: desde el metano, con un átomo de carbono, hasta el ácido
desoxirribonucleico (ADN), que contiene más de 100 centenas de millones de
carbonos.
Estado basal y estado de excitado
Primero hay que definir en qué consiste el estado basal y el estado
excitado:
Un átomo en estado excitado es aquel en el cual uno de sus electrones
ha sido promocionado a un nivel energético superior.
Mientras que el estado basal o estado fundamental, es el estado de
menor energía en el que un átomo, molécula o grupo de átomos se puede encontrar
sin absorber ni emitir energía, en pocas palabras en su estado más puro.
Su configuración electrónica en su estado natural es:
- 1s² 2s² 2p² (estado basal).
Su configuración electrónica en estado excitado es:
- 1s² 2s¹ 2px¹ 2py¹ 2pz¹.
En la naturaleza este tipo de átomos distribuyen sus electrones.
Hibridación
La hibridación es una ley que se aplica en química, la cual nos permite
demostrar la geometría y propiedades de algunas moléculas que en la teoría de
enlace-valencia no se pueden demostrar. La hibridación consiste en atribuir la
composición de orbitales atómicos puros de un mismo átomo para obtener orbitales atómicos híbridos.
Para que pueda llevarse a cabo la hibridación el átomo de carbono tiene
que pasar de su estado basal a uno activado
cuando se aplica energía. Existen diversos tipos de hibridación que involucran
orbitales atómicos s, p y d de un mismo átomo.
Hibridación sp³ (enlace simple)
La hibridación sp³ se define como la unión de un orbital s con tres
orbitales p (px, py y pz) para formar
cuatro orbitales híbridos sp3 con un electrón cada uno.
Cuatro orbitales sp³.
Los orbitales atómicos s y p pueden formar tres tipos
de hibridación, esto depende del número de orbitales que se combinen. Entonces,
si se combina un orbital atómico s puro con tres orbitales p puros, se obtienen
cuatro orbitales híbridos sp3 con un ángulo máximo de separación aproximado de
109.5º, esto es una de las características de los alcanos.
A cada uno de estos nuevos orbitales se los denomina sp³, porque tienen
un 25% de carácter S y
75% de carácter P. Esta
nueva configuración se llama átomo de carbono híbrido, y al proceso de
transformación se llama hibridación.
A los enlaces sencillos –C-C– se los conoce como enlaces
sigma. Todo esto recurre a la disposición de mezclarse un átomo con otro.
Hibridación sp² (enlace doble C=C)
Es la combinación de un orbital s con dos orbitales p (px y
py) para formar tres orbitales híbridos sp2. Los
orbitales híbridos sp2 forman un triángulo equilátero.
Los átomos de carbono también pueden formar entre sí enlaces llamados
insaturaciones:
- Dobles: donde la hibridación ocurre entre el orbital 2s y dos orbitales
2p, quedando un orbital p sin hibridar, se producirán 3 orbitales sp². A esta
nueva estructura se la representa como un octeto de Johnson 2p6 y octavalente
2p¹.
Al formarse el enlace doble entre dos átomos, cada uno orienta sus tres
orbitales híbridos en un ángulo de 120º
Configuración de los orbitales sp².
Hibridación sp (enlace triple) : La formación de estos enlaces es el
resultado de la unión de un orbital atómico s con un orbital p puro (px),
esto permite formar dos orbitales híbridos sp con un electrón cada uno y una
máxima repulsión entre ellos de 180°, permaneciendo dos orbitales p puros con
un electrón cada uno sin hibridar.
Los orbitales híbridos sp forman una figura lineal. La hibridación sp
se presenta en los átomos de carbono con una triple ligadura o mejor conocido
con un triple enlace carbono-carbono en la familia de los alquinos.
El enlace triple es aún más fuerte que el enlace doble, y la distancia
entre C-C es menor en comparación a las distancias de las otras hibridaciones.
Conclusión:
La unión entre átomos de carbono da origen a tres geometrías
dependiendo de su enlace:
- Enlace sp³:
Tetraédrica.
- Enlace sp²:
Trigonal plana.
- Enlace sp:
Lineal.
CLASES DE CARBONO:
Los átomos de carbono: C-C. Pueden ser identificados átomos de carbono
diferentes con respecto al número de otros átomos de carbono vecinos:
- átomo de carbono primario: un átomo de carbono vecino
- átomo de carbono secundario: dos átomos de carbono vecinos
- átomo de carbono terciario: tres átomos de carbono vecinos
- átomo de carbono cuaternario: cuatro átomos de carbono vecinos.
El carbón primario es aquel que se encuentra unido a un átomo de
carbono y contiene 3 hidrógenos.
El carbón secundario es aquel que se encuentra unido a 2 átomos de
carbono y contienen 2 hidrógenos.
El carbón terciario es aquel que se encuentra unido a 3 átomos de
carbono y contiene 1 hidrógeno.
El carbón cuaternario es aquel que se encuentra unido a 4 átomos de
carbono y no contiene hidrógenos.
En la siguiente estructura diga cuántos y cuáles son los carbonos
primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios:
6
carbonos primarios y son A, E, G, H, K, L
3
carbonos secundarios y son B, D, I
2
carbonos terciarios y son F, J
1 carbón
cuaternario y es C
ACTIVIDADES A REALIZAR
1. realice la configuración electrónica del
átomo de carbono (Z= 6). Indicar: número de niveles de energía, subniveles de
energía, electrones del último nivel de energía (electrones de valencia).
2. Explique cómo puede llevarse a cabo la
hibridación del átomo de carbono?
3. A que se refiere cuando se habla del estado
excitado del carbono?
4. Que es un orbital atómico hibrido (OAH)?
5. Si se mezcla un orbital S con tres
orbitales P, que tipo de hibridación se forma?
6. Qué tipo de hibridación es característica
de los ALCANOS?. Porque?
7. Que es un enlace sigma y como se forma?
8. Qué tipo de hibridación forma enlaces dobles y que tipo de orbitales
participan?
9. En que compuestos se presenta la
hibridación SP y que orbitales participan?
10. Qué tipo de geometría se presenta en las
tres hibridaciones del carbono y cuál es el valor del ángulo de enlace en cada
una de ellas?
11. En la siguiente estructura diga cuántos y
cuáles son los átomos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios:
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