Orbitales híbridos sp3 y enlaces sigma

vamos a recordar un poco lo que ya sabemos acerca de los orbitales solo algunas cosas que ya vimos en la lista de química y bueno digamos que está por aquí el núcleo de nuestro átomo que es una cosa así súper chiquita y alrededor de él tenemos a nuestro orbital ese uno que podemos pensarlo como una nube vamos a escribirlo por aquí tenemos en nuestro orbital 1s y en este orbital caben dos electrones entonces el primer electrón de cualquier átomo siempre está en el orbital ese uno y también podemos tener otro electrón en el orbital ese uno por ejemplo el hidrógeno tiene un solo electrón que tiene que estar en la órbita de uno y otro ejemplo es el helio que tiene dos electrones y los dos están en la órbita de ese uno y sólo hasta que ya llenamos la órbita de ese uno es que los electrones empiezan a estar en la órbita 2s ok vamos a poner por aquí la órbita 2s tenemos que pensar en esta órbita s 2 como la cáscara de la órbita s 1 y en realidad no podemos pensar en estas órbitas como cosas sólidas en realidad tenemos que pensar en ellas como nubes de probabilidad o sea todos los puntitos en los cuales es probable que se encuentre el electrón entonces el orbital s 2 es como una cáscara de nube alrededor del orbital s 1 y el siguiente electrón de este átomo va en este orbital al igual que el cuarto electrón de este átomo ahora estoy poniendo una flecha hacia arriba y otra flecha hacia abajo en estos dos orbitales porque un electrón gira hacia un lado y el otro electrón gira en la dirección opuesta juncker y ya la forma en que giran le llamamos spin que viene de la palabra spin giro en inglés y eso pasa en todos los orbitales siempre tenemos un electrón girando en un sentido con cierto espín y otro electrón girando en el sentido contrario con el espín opuesto ahora si seguimos agregando electrones va a empezar a utilizar las órbitas 2p hay tres de estas órbitas 2p y en cada una de ellas pueden estar a lo más dos electrones entonces en total en las órbitas 2p caben seis electrones pero bueno vamos a necesitar poner estas órbitas más pequeñas y dibujar los ejes x jay-z aunque hay recuerda que este es un dibujo tridimensional este es el eje x eje x para adelante y para atrás luego por aquí tenemos el eje y para adelante y para atrás piensa que este es un plano que estamos viendo desde arriba y finalmente el eje z eje z aunque y este es el eje y bueno podríamos decir que los orbitales 2 t están alargados a lo largo de cada uno de estos ejes aunque hay por ejemplo hay un orbital al que le llamamos p x porque corre a lo largo del eje x en una forma de mancuerna una forma más o menos así que bueno en realidad estas dos hojas son simétricas pero trate de hacer esta más grande para que como que resaltará en el dibujo y bueno recuerda que son nubes de probabilidades y también tenemos un orbital 2p que corre a lo largo del eje y que también es una nube de probabilidad que representa la probabilidad de que un electrón esté en ese punto como corre a lo largo del eje y le llamamos el orbital 2b jeff y también tenemos un orbital llamado 2 p z porque tiene una forma de mancuerna alargándose en el eje z y entonces si seguimos agregando electrones osea si ponemos un quinto electrón ese electrón va a ir a la órbita 2 px un electrón en la órbita 2 px ahora si agregamos otro electrón ese electrón no se va a poner en la órbita 2 px se va a poner en la órbita 2p y ok porque los electrones quien están separados del resto de los electrones entonces el sexto electrón se va a la órbita 2 pero si agregamos otro electrón este nuevo electrón no se va ni a la órbita 2 px ni a la órbita 2 p y este electrón se va a la órbita 2 pz y finalmente si agregamos un octavo electrón entonces ahora si ya se mete a la órbita 2 px pero con el espín contrario al electrón que ya está en la órbita 2 px y bueno si seguimos agregando electrones ahora sí se van a llenar estas otras dos órbitas entonces este fue un pequeño repaso con un poco de visualización ahora tomando en cuenta lo que acabamos de ver pensemos en qué es lo que le sucede a los átomos de carbono bono que tiene como un número atómico 6 o sea que tiene 6 electrones electrones y su configuración electrónica es 1 s al cuadrado luego 2 s al cuadrado y luego 2 t al cuadrado ok esto lo que significa es que tenemos la órbita 1s y hay 2 electrones en la órbita 1 s luego tenemos la órbita 2 cc y pues si agregamos otros 2 electrones esos tienen que ir a la órbita 2 cc y finalmente pues como tenemos 6 electrones y ya tenemos 4 electrones en las órbitas 1s y 2 cc pues tiene que haber dos electrones en alguna órbita 2 p no necesariamente la misma como estábamos viendo por aquí y como vamos a necesitar más espacio vamos a hacer todo esto más chiquito y vamos a poner por aquí los orbitales del carbono tenemos porque el 1 s el 2 el 2 de x 2 p y 2 de zeta y entonces siguiendo la configuración electrónica del carbono sabemos que aquí tiene que haber un electrón luego el segundo electrón va también aquí en la órbita 1 s el tercer electrón por aquí en la órbita 12 s al igual que el cuarto electrón y después tenemos 2 electrones en la órbita 2 p entonces el quinto electrón va en la órbita 2 px que bueno en realidad pudo haber sido la órbita 2 pero la órbita 2 pz todo depende de cómo le llamemos a nuestros ejes y el sexto electrón va en cualquiera de las otras dos órbitas 2 p aunque entonces vamos a decir que está en la órbita 2 belle y de hecho si lo dibujamos nos queda algo como esto aquí está el eje de las equis aquí está el eje de las leyes y por aquí está el eje de las zetas y entonces nuestro núcleo de estado como por aquí y la órbita 1s está más o menos aquí toda esta nube es la órbita 1s y tenemos dos electrones podríamos decir que están saltando o moviéndose con giros opuestos en esta nube alrededor del núcleo que es la órbita 1s luego tenemos la órbita 2s que es otra nube pero en forma de cáscara alrededor de la órbita 1s y en esta órbita tenemos también los electrones girando en direcciones opuestas luego tenemos la órbita dos px que es esta órbita en forma de mancuernas por aquí y aquí tenemos únicamente un electrón y finalmente tenemos la órbita 2b y que es esta otra órbita la órbita 2p y en la cual está saltando por ahí únicamente un electrón y bueno basándonos en esto de aquí pues vemos que nada más aquí hay dos electrones que como que están muy sólidos porque no tienen a otro electrón que esté girando en la dirección opuesta y entonces estos dos electrones o sea estas dos órbitas son los lugares en los que nosotros podríamos creer que el carbono hace sus enlaces aunque si nos quedamos con este modelo únicamente nosotros podríamos pensar que el carbono sólo hace dos enlaces y lo hace con estos electrones que están saltando en las órbitas 2 px y 2 p y sin embargo el carbono es un poquito más complejo y sus electrones no se quedan estrictamente con esta configuración cuando hacen un enlace con otro átomo por ejemplo el metano es un carbono que hizo un enlace con cuatro hidrógenos y si el carbono siempre tuviera esta configuración entonces podríamos pensar que hace únicamente dos enlaces en lugar de cuatro ok porque aquí tenemos únicamente dos electrones que están solitos buscando alguna pareja algún otro electrón que gire en el sentido contrario y esos son los electrones que forman los enlaces los que están solitos entonces si los electrones del carbono siempre tuvieran esta configuración el carbono solo podría tener dos enlaces y sabemos que no es así el carbono siempre hace cuatro enlaces monkey porque al carbono le gusta pretender que tiene ocho electrones bueno de hecho a todos los átomos les gustaría pretender que tienen ocho electrones y para hacer esto me pretender que tienen otro electrones los átomos cambian la configuración en la que están sus electrones en las órbitas para poder formar más enlaces y de esa forma poder pretender que los electrones del otro átomo son parte de sus electrones y así pretender que tiene 8 electrones entonces está configuración de los electrones del carbono no sucede no sucede cuando el carbono hace enlaces cuando el carbono hace así enlaces es lo que realmente sucede cuando el carbono hace enlaces y bueno esto nos va a llevar a discutir las órbitas híbridas sp3 pero pues vas a ver que son mucho más sencillos que es un nombre lo que realmente sucede con el carbono es que sus órbitas se ven así a ver tenemos el 1s el 2 s el 2 p x2 de james y 2 de 7 y el primer electrón está en la órbita 1 es el segundo electrón está en la órbita 1 s sabemos que tiene 6 electrones y que el carbono hace 4 enlaces nunca y eso lo que significa es que tiene 4 electrones saltando libremente en alguna órbita y además solito sin algún otro electrón con su spin contrario en esa misma órbita y esos 4 electrones solitos están dispuestos a involucrarse con algún electrón de otra molécula y así formar un enlace con esa molécula aunque en el caso del metano esa otra molécula es un átomo de hidrógeno lo que nos podemos imaginar es que llega un átomo de hidrógeno y jala a este electrón bueno a este electrón de aquí llega y lo atrae y lo jala a un mayor estado de energía y lo jala hasta acá a la órbita 2 pz ok entonces el electrón no aparece por aquí en la órbita 2 pz y estos dos electrones están por aquí y ahora si tenemos 4 electrones libres para formar 4 enlaces ahora es un poco arbitrario esto de cuál electrón cae en cuál de las órbitas y con este modelo todavía estamos sugiriendo que estos enlaces suceden pues en estas órbitas que dibujamos por aquí cuando en realidad estos electrones no se van a quedar en tal cual en estas órbitas que dibujamos por aquí ok si van a tener su órbita pero no va a ser como la que dibujamos aquí aunque este electrón no se va a quedar en la órbita 2 es en este electrón no se va a quedar en la órbita 2 px y no va a pasar lo mismo con estos dos sino que más bien se va a formar como que una mezcla entre estas cuatro órbitas aunque hay cada uno de estos electrones para pasar una cuarta parte del tiempo en la órbita dos cc y las otras tres cuartas partes del tiempo en una órbita que se parece a una del tipo 2 p aunque entonces este electrón no va a estar en la órbita 2 cc sino en una órbita a la que le vamos a llamar 2 excepto ok y lo mismo pasa con todos estos electrones pasan 25 del tiempo en una órbita ese y 75% del tiempo en una órbita del tipo p aunque pero aquí me faltó ponerle el 3 a todas estas órbitas porque tenemos una órbita del tipo 12 y tres órbitas del tipo 2 p ok entonces cuando se combinan estas cuatro órbitas se forman cuatro órbitas de la forma 2 s&p cúbica a ver y ahora si queremos dibujarlo vamos a hacerlo por aquí una órbita 12 ese es de esta forma como una nube en forma de cáscara alrededor del núcleo y una órbita 2p es de esta forma más o menos que es la órbita 2s y esta es la órbita 2p y cuando estas dos órbitas se mezclen para formar la órbita 12 sp3 lo que nos queda es una órbita de esta forma aunque esta es una órbita 2 s&p kubica aunque es la órbita híbrida y 12 esp 3 aunque muchas veces nos olvidamos de este 2 todos estos orbitales y le llamamos simplemente la órbita híbrida sp3 ahora que nos referimos con híbrida pues las cosas híbridas son las cosas que son combinaciones de dos cosas por ejemplo los coches híbridos lo que usan es gas y electricidad en este caso tenemos dos tipos de órbitas y los combinamos y se forme la órbita híbrida sp3 y estas son las órbitas en los que se mueven los electrones del carbono con el carbono hace enlaces con otras moléculas como el hidrógeno y entonces cuando dicen que el carbono tienen órbitas híbridas sp3 cuando hace enlaces con cuatro hidrógenos para formar el metano a lo que se refiere es que tiene cuatro de estas órbitas que son una combinación de una órbita ese y tres órbitas presse entonces pues vamos a dibujarlo más abajo por ejemplo digamos que tenemos por aquí el carbono y pues como estamos viendo tiene cuatro órbitas sp3 aunque entonces tienen por aquí un globito saliendo por aquí y del otro lado tiene un globito pero mucho más chiquito aunque hay porque si son las órbitas híbridas sp3 después tiene otra órbita por aquí pero piensa que estamos en la segunda dimensión y bueno aquí esto no me va a salir muy bien dibujado pero tiene una órbita que está detrás de estas dos órbitas aunque piénsalo así como que tenemos un tripié que está detrás de esta órbita pero pues en realidad esta parte está detrás de la órbita azul y lo mismo esta parte está detrás de la órbita verde y finalmente tenemos otra órbita por aquí que sale hacia arriba ok si no le ponemos volumen en las órbitas y los pensamos nada más con palitos tenemos aquí el carbono el núcleo del carbono y luego tenemos una órbita que está yendo hacia adelante hacia acá luego tenemos otra órbita que está yendo hacia adelante hacia acá y otra órbita que está yendo hacia atrás directamente hacia atrás entonces tenemos aquí un tripié claramente y una órbita que está yendo ni hacia adelante ni hacia atrás simplemente hacia arriba aunque es tal cual un triple ok entonces este es nuestro carbono no esto carbono y si vamos a construir una molécula de metano este carbono va a ser enlaces con cuatro hidrógenos entonces por aquí está un hidrógeno que tiene únicamente uno en su órbita 1s y esa órbita se ve así tal cual por aquí tiene otro hidrógeno y otro hidrógeno y otro hidrógeno la verdad aquí es que estas patas del triple deberían de haber quedado mucho más abiertas aunque entonces esto es una molécula de metano que es ch4 gray y allí esta órbita 1s está haciendo un enlace con esta órbita sp3 entonces si nos quedáramos con el modelo en el cual no estamos considerando que se forman estas órbitas híbridas pues nosotros podríamos pensar por aquí que tenemos un hidrógeno por acá o un hidrógeno por acá o por acá que si te fijas pues estas moléculas forman una estructura completamente distinta a la estructura que teníamos por aquí con el tripié cierto o sea esta estructura si lo ponemos los hidrógenos por aquí tiene forma de tetraedro que si se apega a la realidad de cómo se comporta el carbono cuando hace enlaces con otras moléculas aunque el carbono cuando hace enlaces con los hidrógenos y con otras cosas tiene una forma de tetraedro 3 pero no cree yo sea una forma como un tripié y eso tiene sentido si tenemos cuatro órbitas del mismo tipo que estas órbitas unos híbridos entre la órbita s y la órbita p bueno y otra cosa de notación que es importante aquí es que este tipo de enlace es un enlace sigma enlace en la cima de la letra griega sigma ok ahora cómo se forman los enlaces sigma puedes pues pensar aquí está el núcleo y aquí está el núcleo y entonces esta órbita podríamos pensar que está apuntando en esta dirección y esta órbita como es circular podríamos pensar que está apuntando en todas las direcciones incluso en esta dirección y si tenemos dos órbitas que están apuntando la una hacia la otra y se intersectan esas dos órbitas como en este pedazo entonces decimos que tenemos un enlace sigma otra forma de verlo es que tenemos por aquí dos núcleos los conectamos por una línea y si la intersección de las dos órbitas está en medio de la línea que une a los dos núcleos entonces también decimos que tenemos un enlace sigma y este enlace es el enlace más fuerte de los enlaces covalentes y me parece que este va a ser un buen tema de discusión para el próximo vídeo cuando empiece a hablar acerca de los enlaces pi pero mientras tanto el meollo del asunto en este vídeo es hablar acerca de las órbitas sp3 y bueno ya vimos que las órbitas sp3 son simplemente la combinación de una órbita efe con una órbita para los electrones que están en una órbita sp3 lo que hacen es pasar el 25% de su tiempo en una órbita efe y el 75% de su tiempo en una órbita del tipo p y resulta que el ángulo entre cada una de estas órbitas es de 109 puntos 5 ok aquí no lo dibujé muy bien pero de este lado si lo dibujé muy bien el ángulo entre todas estas patitas que son las órbitas del carbono todos estos ángulos estoy ángulo entre esta órbita y esta órbita y también con esta órbita y este ángulo también y el ángulo que está más difícil de dibujar por el ángulo entre esta órbita y la órbita naranja también son ángulos exactamente iguales y miden ciento 9.5 grados y por eso es que la molécula de metano tiene una forma de tetra ebro porque las órbitas del carbono se combinan para formar cuatro órbitas igualitas llamadas órbitas híbridas sp3