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Bases de
Estructura de la Materia
y Química
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3. El enlace covalente
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3.2. Teoría del enlace de valencia
Triplenlace.com
Existen dos grandes teorías o modelos para explicar cómo se produce
en enlace químico entre dos o más átomos para formar una molécula:
la teoría del enlace de valencia y la teoría de orbitales moleculares. La
teoría del enlace de valencia considera que el enlace se produce por
solapamiento de orbitales atómicos entre átomos vecinos
Triplenlace.com
s
Un orbital s de
un átomo…
Triplenlace.com
s s Triplenlace.com
puede
solaparse con
un orbital s de
otro átomo…
s s  Triplenlace.com
y eso produce el enlazamiento de
ambos átomos. A los enlaces
entre orbitales s se les designa
con la letra griega equivalente ()
s s 
s p
Triplenlace.com
También puede producirse un solapamiento
 entre un orbital s de un átomo y un orbital
p de otro si este último tiene la orientación
que se muestra en la figura
s s 
s p
Triplenlace.com
s s 
s p
pz pz
Triplenlace.com
Considerando que el eje Z es el horizontal y
que los núcleos de los átomos se encuentran
sobre ese eje, dos orbitales p orientados de
este modo respecto al eje Z…
s s 
s p
pz pz 
Triplenlace.com
también pueden formar un enlace 
s s 
s p
pz pz 
py py
Triplenlace.com
Sin embargo, si están orientados así (consideramos que el eje Y
es el vertical), el solapamiento solo puede ser “lateral”…
s s 
s p
pz pz 
py py 
Triplenlace.com
y al enlace que se
forma se le llama 
En general, a los
enlaces que se forman
por solapamiento
frontal de orbitales se
les llama  y a los que
se forman por
solapamiento lateral
se le llama 
s s 
s p
pz pz 
py py px px
Triplenlace.com
También habrá enlace  con esta
orientación (eje X, transversal )
s s 
s p
pz pz 
py py px px 
Triplenlace.com
d p 
Triplenlace.com
Son posibles los enlaces  cuando
hay solapamientos laterales de
orbitales d y p de este modo
d p 
d d 
Triplenlace.com
O entre orbitales d de esta forma
d p 
d d 
dd 
Triplenlace.com
Esta otra orientación
produce orbitales 
O2
Triplenlace.com
Vamos a ver ejemplos de
formación de enlaces entre
átomos para formar moléculas.
Empecemos con la molécula O2
O O2( Z = 8 )
Triplenlace.com
Cada átomo de O
tiene 8 electrones…
E
1s
2s
2p
O O2( Z = 8 )
Triplenlace.com
distribuidos según
esta configuración
electrónica
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
Esta sería una
representación del
orbital 1s, con sus
dos electrones
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
Y esta, del 2s,
que tapa al 1s
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
Hay tres orbitales 2p: 2px, 2py, 2pz.
Consideremos que este es el 2pz.
(Sus dos lóbulos se dibujan en
verde; el orbital tiene 1 electrón)
2px 2py 2pz
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Este sería el orbital 2py,
con su electrón
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Y este es el 2px (uno de sus
lóbulos está por detrás).
Tiene dos electrones
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
Para simplificar no dibujaremos
los orbitales 1s y 2s, ya que, por
ser internos, no pueden solaparse
con los orbitales de otros átomos
y no influirán en el enlace
2px 2py 2pz
E
1s
2s
2p
O O2
Triplenlace.com
Colocaremos al lado
otro átomo de oxígeno
2px 2py 2pz
E
1s
2s
2p
O O2

Triplenlace.com
Se produce el solapamiento frontal de los orbitales 2pz
de ambos átomos, lo que significa el apareamiento de
sus electrones y la formación de un enlace 
2px 2py 2pz
E
1s
2s
2p
O O2


Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Pero también se puede producir el solapamiento
lateral de los orbitales 2py para formar un
segundo enlace, en este caso del tipo 
E
1s
2s
2p
O O2


Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Los orbitales 2px de ambos átomos O no se solaparían
entre sí para formar enlace porque están completos
(tienen dos electrones cada uno o, dicho de otro modo,
sus electrones no pueden aparearse porque ya lo están)
E
1s
2s
2p
O O O···· ··
··
··
··
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Eso explica el doble enlace O = O en la molécula O2. Este
doble enlace también lo predice el modelo del octeto de
Lewis, en el que se han de tener en cuenta todos los
electrones de valencia (es decir, la última capa de cada O,
que es la capa 2, formada por los orbitales 2s y 2p)
E
1s
2s
2p
O O O··
··
··
··


Triplenlace.com
2px 2py 2pz
El modelo de Lewis no predice de dónde proceden
los electrones que forman los enlaces. Simplemente
predice que se forman dos enlaces, pues de este
modo se satisface que cada átomo de O quede
rodeado por 8 electrones. Por otro lado, se cumple
algo que es bastante habitual: cuando se forma un
doble enlace, uno de ellos es  y el otro es 
E
1s
2s
2p
N N2( Z = 7 )
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Si en vez de la molécula de O2 consideramos la de N2 ,
sí se podrán formar tres enlaces porque en el N en vez
de existir 2 electrones apareados en el orbital 2px…
E
1s
2s
2p
N N2( Z = 7 )
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
solo existe uno y, por
tanto, desapareado
solo existe uno y, por
tanto, desapareado
E
1s
2s
2p
N N2

 
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
Eso permite la
formación de un
segundo enlace 
E
1s
2s
2p
N N N······ ·· ··
Triplenlace.com
2px 2py 2pz
El modelo de Lewis
también predice un triple
enlace para el N2.
(Nomalmente, en los
enlaces triples, uno es 
y dos son )
E
S
O
( Z = 16 )
Triplenlace.com
Manteniendo la imagen
de los orbitales del O para
comparar, consideremos
ahora el elemento azufre
E
1s
2s
2p
3s
3p
S
O
( Z = 16 )
Triplenlace.com
Tiene tres capas, pero la
estructura de su última capa
(la tercera) es la misma que la
de la última capa del oxígeno
E
1s
2s
2p
3s
3p
S
OS
Triplenlace.com
Por lo tanto, la representación de esta tercera
capa del S será la misma que la de la segunda
capa del O, pero será más grande porque los
orbitales 3p están más alejados del núcleo.
(Se ha obviado la subcapa 3s porque no
contribuye a los enlaces, al ser interna)
E
1s
2s
2p
3s
3p
S
OS
H S H· ·· ···
··
Triplenlace.com
Con esa representación puede
razonarse cómo se formaría la
molécula H2S, cuya estructura
según el modelo de Lewis
sería esta
E
1s
2s
2p
3s
3p
S
OS
H S H· ·· ···
··
92,3 o
Triplenlace.com
Se conocen estos datos
experimentales sobre ella. El
ángulo H – S – H no es muy
diferente de 90 o, que es el
ángulo que forman entre sí
los tres orbitales 3p
Se conocen estos datos
experimentales sobre ella. El
ángulo H – S – H no es muy
diferente de 90o, que es el
ángulo que forman entre sí
los tres orbitales 3p
E
H S H· ·· ···
··
1s
2s
2p
3s
3p
S
92,3 o
OH2S


Triplenlace.com
Por eso se podría pensar que se
enlazarían así 2 orbitales p con
sendos orbitales 1s de cada H. Si
el ángulo real H – S –H real es
algo mayor de 90o podría
argumentarse que se debe a
repulsión entre los átomos de H
E
H S H· ·· ···
·· H O H· ·· ···
··
1s
2s
2p
3s
3p
S
92,3 o
OH2S


Triplenlace.com
La molécula de H2O es análoga
a la de H2S. Por lo tanto, podría
pensarse en aplicar el modelo
de la H2S a la H2O
E
H S H· ·· ···
··
104,5 o
H O H· ·· ···
··
1s
2s
2p
3s
3p
S
92,3 o
OH2S


Triplenlace.com
Pero surge un inconveniente: el
ángulo H – O –H experimental
(104,5o) es mucho mayor de
90o. Como el átomo de O es
más pequeño que el de S, este
ángulo tan grande podría
atribuirse a que los átomos de
H quedarían excesivamente
próximos si el ángulo fuera
cercano a 90o . Es decir, el
ángulo tan grande se explicaría
por la repulsión de los H. Pero,
en cualquier caso, no se podría
usar el modelo de orbitales p
ortogonales (90o entre ellos).
Por eso se recurre a la teoría
de la hibridación de orbitales
3.2.1. Hibridación
Triplenlace.com
E
H S H· ·· ···
··
104,5 o
H O H· ·· ···
··
1s
2s
2p
3s
3p
S
92,3 o
H2S
HHH
109,5°
Triplenlace.com
La idea clave para soluciona el
problema de la molécula de H2O
surge al considerar que el
ángulo 104,5o está más próximo
al ángulo típico de los tetraedros
(109,5o) que a un ángulo recto
(90o)
E
1s
2s
2p
O( Z = 8 )
104,5 o
H O H· ·· ···
HHH
109,5°
··
Triplenlace.com
Se trata de razonar cómo el
átomo de O podría
“organizar” sus orbitales p
para que quede justificado el
ángulo H – O – H = 104,5o
E
O
104,5 o
H O H· ·· ···
HHH
1s
2s
2p
109,5°
··
Triplenlace.com
La argumentación que se
hace es que los orbitales 2s
y los tres 2p del O, por la
influencia de los átomos de
H, se reorganizan
“fundiéndose” o
hibridándose unos con
otros, de modo que en vez
de tener estos cuatro
orbitales…
E
O
104,5 o
H O H· ·· ···
HHH
1s
2s
2p
2sp3 109,5°
··
Triplenlace.com
el O en la molécula H2O tiene estos cuatro, a los
que se les llama “híbridos sp3” por estar formados
por un s y tres p. Su forma aproximada sería la de
la figura. (Se han dibujado los cuatro,
arbitrariamente, en el eje Z. Los electrones se
distribuyen en esos cuatro orbitales según la regla
de Hund de máximo desapareamiento)
E
O
104,5 o
H O H· ·· ···
O
H
1s
2s
2p
2sp3 104,5°
··
Triplenlace.com
Los cuatro orbitales híbridos sp3 adoptarían una
disposición tetraédrica porque esa es la
distribución geométrica que garantiza una mayor
separación entre los orbitales y, por tanto, menor
repulsión entre ellos (los lóbulos pequeños de
cada orbital no se han dibujado por simplicidad)
E
O
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
1s
2s
2p
2sp3 

104,5°
··
Triplenlace.com
Como dos de los orbitales sp3 tienen
un solo electrón, estos electrones se
aparearían con sendos electrones de
orbitales 1s de cada hidrógeno
E
O
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
1s
2s
2p
2sp3 

104,5°
··
Triplenlace.com
La razón de que el ángulo de enlace sea menor
que el tetraédrico (104,5o < 109,5o) podría
explicarse teniendo en cuenta que el oxígeno
tiene dos pares de electrones sin compartir
(como también se ve en la estructura de Lewis)
y que, según se ha podido comprobar en
muchos casos, estos ejercen mayor repulsión
que los pares de enlace
E
1s
2s
2p
H C H· ·· ···
H
··H
C ( Z = 6 )
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
104,5°
··
Triplenlace.com
Veamos otra estructura
que también se puede
explicar por hibridación
sp3: la del metano (CH4)
E
1s
2s
2p
H C H· ·· ···
H
··H
109,5 o
C ( Z = 6 )
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
104,5°
··
Triplenlace.com
Los datos experimentales
revelan que el ángulo H – C – H
es tetraédrico (en este caso
exactamente tetraédrico). Lo
vamos a poder explicar por una
hibridación sp3 del C igual a la
del O vista antes
E
1s
2s
2p
H C H· ·· ···
H
··H
109,5 o
C ( Z = 6 )
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
104,5°
··
Triplenlace.com
E
1s
H C H· ·· ···
H
··H
109,5 o
C ( Z = 6 )
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
2s
2p
2sp3 104,5°
··
Triplenlace.com
E
1s
H C H· ·· ···
H
··H
109,5 o
C ( Z = 6 )
104,5 o
H O H· ·· ···
H2O
H
2s
2p
2sp3
H
109,5°
 

104,5°
CH4
··
Triplenlace.com
Es lógico que el ángulo sea
exactamente tetraédrico, ya que los
cuatro enlaces contienen lo mismo:
pares de electrones procedentes
uno del C y uno del H
E
1s
2s
2p
B ( Z = 5 )
Triplenlace.com
Vamos a considerar ahora otro tipo de
hibridación distinta a la sp3. Para ello,
tomaremos como ejemplo el boro, cuya
configuración es esta…
E
H B H· ·· ···
H
120 o
1s
2s
2p
B
Triplenlace.com
y una de sus moléculas: el borano
(BH3), que se sabe experimentalmente
que tiene estructura plana triangular,
con ángulos de enlace H – B – H
exactamente iguales a 120o. (Su
estructura de Lewis no cumple el
modelo del octeto)
E
H B H· ·· ···
H
1s
2s
2p
B
120 o
Triplenlace.com
Como el B tiene que
formar tres enlaces
con el H, necesitaría
tres orbitales que
tuvieran cada uno
un solo electrón.
Pero solo tiene uno.
E
H B H· ·· ···
H
1s
2s
2p
B
120 o
Triplenlace.com
Una solución es
proponer una
hibridación entre
el orbital 2s y dos
orbitales p (por
comodidad en la
representación
se escogerá al
2py y al 2pz)
E
H B H· ·· ···
H
1s
B
120 o
2s
2p
2sp2
Triplenlace.com
Así se forman tres orbitales híbridos sp2 con los electrones
distribuidos como se muestra (en aplicación de la regla de
Hund de máximo desapareamiento). También quedará un
orbital p sin hibridar (dibujado en verde oscuro)
E
H B H· ·· ···
H
1s
B
120 o
2s
2p
2sp2
B
Triplenlace.com
Este sería el orbital p puro, que
quedaría perpendicular al plano…
E
H B H· ·· ···
H
1s
B
120 o
2s
2p
2sp2
B
120 o
Triplenlace.com
…formado por los tres orbitales
híbridos sp2. La disposición de
estos sería triangular (ángulos de
120o) porque de ese modo se
minimizan las repulsiones entre
los orbitales
E
H B H· ·· ···
H
1s
B
120 o
2s
2p
2sp2
BH3



Triplenlace.com
Los enlaces con los H serían como
se muestra. (Son del tipo  porque
los solapamientos son frontales)
E
1s
2s
2p
2sp2
H
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
C ( Z = 6 )



Triplenlace.com
Estudiemos ahora el caso del eteno (H2C=CH2), cuya
estructura de Lewis se propone arriba. Mantenemos el
esquema sp2 dibujado para el boro porque lo vamos a
necesitar. Ahora ben, como el C tiene un electrón más
que el B, este se colocará en el orbital p puro
E
1s
2s
2p
2sp2
H
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
C ( Z = 6 )
117,4 o



Triplenlace.com
El eteno tiene esta estructura
experimental. Todos los
átomos están en un plano
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o
Triplenlace.com
Para averiguar su estructura
de enlazamientos podemos
partir de la del borano…
H



EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o
Triplenlace.com
H



teniendo en cuenta que
el orbital 2p puro del C
tiene un electrón
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o
Triplenlace.com
H



Además, hemos de
quitar este hidrógeno…
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o
Triplenlace.com
para quedarnos con
un grupo –CH2…


H2C=CH2
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o
 

H2C=CH2 Triplenlace.com
al que agregamos otro –CH2
idéntico por la izquierda.
Ambos quedan unidos por
un enlace  entre orbitales
híbridos sp2


E
H
E
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o




Triplenlace.com

Además, entre los orbitales
2p puros de los C…
H2C=CH2
Además, entre los orbitales
2p puros de los C…
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
C
117,4 o





Triplenlace.com
H2C=CH2
se forma un enlace . Por
eso el eteno contiene un
enlace doble, como predice
la estructura de Lewis
se forma un enlace . Por
eso el eteno contiene un
enlace doble, como predice
la estructura de Lewis
E
H
E
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp2
H C H·· H C H········C
117,4 o






180 o
Triplenlace.com
A partir de la estructura del
eteno, dejándola como
referencia, vamos a considerar la
del etino (HCCH) porque nos va
a servir para ilustrar un nuevo
tipo de hibridación: la sp
E
H
E
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp
H C H·· H C H········C
117,4 o






180 o
Triplenlace.com
En el HCCH solo necesitaríamos
dos orbitales de cada C, uno para
unirse al otro C y otro para
unirse a un H. Esto se puede
conseguir con el modelo de
hibridación dibujado
E
H
E
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp
H C H·· H C H········C
117,4 o






180 o
Triplenlace.com
Quitaremos primero
los 4 H del H2C=CH2
Quitaremos primero
los 4 H del H2C=CH2
Quitaremos primero
los 4 H del H2C=CH2
Quitaremos primero
los 4 H del H2C=CH2
E
H
E
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp
H C H·· H C H········C
117,4 o


180 o
Triplenlace.com
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp
H C H·· H C H········C
117,4 o


180 o
Triplenlace.com
y sustituimos los híbridos sp2 por híbridos sp
(dos híbridos sp para cada C; los que apuntan al
otro C forman un orbital ). Podemos mantener
el orbital  que tenía el eteno
HC  CH– –
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp
H C H·· H C H········C
117,4 o


 
180 o
Triplenlace.com
Agregamos los H, que
formarán enlaces  con los C
HC  CH
Agregamos los H, que
formarán enlaces  con los C
EE
1s
H C H· ·· ···
H
H C H· ·· ·
··
H
2s
2p
2sp
H C H·· H C H········C
117,4 o



 
180 o
HC  CH
Triplenlace.com
Y no podemos olvidar que cada C
tiene un segundo orbital 2p puro
que le permite formar un
segundo orbital  con el otro C
Triplenlace.com
En general:
• la existencia de ángulos de enlace tetraédricos (unos 109o)
se suele relacionar con la hibridación sp3
• los enlaces de 120o, con hibridación sp2
• y los de 180o, con hibridación sp
· C· OO ······ ····
·· ·· Triplenlace.com
Hasta ahora, en todos los ejemplos que se han puesto se hibrida
solo el átomo central, no los átomos periféricos. Esto es porque el
átomo periférico de todos los ejemplos ha sido el H. Pero si es otro
elemento, también cabe la posibilidad de que se tenga que recurrir
a su hibridación (y no solo a la del átomo central) para explicar los
enlaces. Un ejemplo es el CO2, cuya estructura según el modelo de
Lewis predice la formación de dos enlaces dobles C=O
C
2s 2p
1s2 2s2 2p2
· C· OO ······ ····
·· ·· Triplenlace.com
Esta es la configuración
electrónica del C
CO O
2s 2p2s 2p 2s 2p
1s2 2s2 2p21s2 2s2 2p4 1s2 2s2 2p4
· C· OO ······ ····
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Y estas las de los OY estas las de los O
CO O
2sp 2p
2s 2p2s 2p 2s 2p
sp
· C· OO ······ ····
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Según se ha propuesto,
el C experimenta una
hibridación sp
CO O
2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p
2s 2p2s 2p 2s 2p
sp2 sp sp2
· C· OO ······ ····
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Y los O, sp2Y los O, sp2
CO O
2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p
· C· OO ······ ····
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CO O
2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p
· C· OO ······ ····
·· ·· Triplenlace.com
Con las
hibridaciones
indicadas,
estas serían las
disposiciones
espaciales de
los orbitales en
los tres átomos
antes de que
se unan
Nótese que los
orbitales sp2 de un
oxígeno están en un
plano girado 90o
respecto al plano
que contiene los sp2
del otro oxígeno
CO O



· C· OO ······ ····
·· ··
2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p

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Así serían las uniones
3.2.2. Resonancia
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Como se ha visto, la teoría del enlace de valencia se basa en considerar la existencia de
enlaces localizados entre dos átomos vecinos de una molécula. Normalmente, ese sistema
de enlaces localizados se correlaciona con una única estructura según el modelo de Lewis.
Pero algunas moléculas solo se entienden bien si se admite que pueden tener varias
estructuras alternativas, en cada una de las cuales los enlaces también están localizados,
pero unen a diferentes parejas de átomos. Cada una de esas estructuras alternativas tiene
su correspondiente estructura de Lewis asociada.
Un ejemplo es el benceno, cuya estructura conocida experimentalmente se entiende bien
si se supone que no es ni la de la izquierda ni la de la derecha, sino un “híbrido” entre las
dos. Se dice que existe resonancia entre ellas.
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Experimentalmente se sabe que, en general, los enlaces dobles
C=C son más cortos que los enlaces sencillos C–C. Pero en la
molécula de benceno todos los enlaces tienen la misma
longitud. Por lo tanto, aunque las dos estructuras escritas son
satisfactorias desde el punto de vista de la teoría del enlace de
valencia y desde el punto de vista del modelo del octeto de
Lewis, ninguna de las dos puede ser real. Se acepta que la
verdadera es un “híbrido de resonancia” entre ambas
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
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Veamos otro ejemplo: el anión CO3
2–. Partimos de las
configuraciones electrónicas de las capas de valencia del C y el O
120 o
CO3
2–
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
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Se sabe experimentalmente que
la estructura de la molécula-ion
CO3
2– es así. Como se puede
deducir, la tres distancias C–O
son iguales
C
OO
O
– –
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
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Una estructura de Lewis adecuada
es esta (cada rayita representa dos
electrones). (Hay que tener en
cuenta que, aunque entre el C y los
O el número total de electrones de
valencia aportados es 4 + 6 + 6 + 6 =
22, hay que añadir dos electrones
más que son los que dan la carga 2–
a esta especie. Por tanto, hay que
colocar 24 electrones en total
Cada O tiene una carga
negativa porque los
electrones de cada átomo en
la molécula se cuentan así: los
no compartidos más la mitad
de los compartidos en
enlaces. Por lo tanto, cada O
tiene 7 electrones, uno más
que los que tiene de forma
natural (6). De ahí la carga 1–
C
OO
O
– –
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
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Ahora bien, como en esta
molécula se sabe
experimentalmente que los tres
enlaces tienen la misma longitud,
esa estructura no puede ser
correcta, ya que un enlace doble
es más corto que uno sencillo
Ahora bien, como en esta
molécula se sabe
experimentalmente que los tres
enlaces tienen la misma longitud,
esa estructura no puede ser
correcta, ya que un enlace doble
es más corto que uno sencillo
C
OO
O
C
OO
C
OO
O O
–
– – –
–
–
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
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Se acude entonces al modelo de la
resonancia formulando estas otras
especies, en las que el doble enlace se
cambia de posición
Se acude entonces al modelo de la
resonancia formulando estas otras
especies, en las que el doble enlace se
cambia de posición
C
OO
O
C
OO
C
OO
O O
–
– – –
–
–
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
⟷ ⟷
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Ninguna de esas especies tiene existencia real. Se acude a
las tres simplemente para explicar que la especie real es
una especie de “mezcla” o híbrido entre ellas…
C
OO
O
2–
C O
1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4
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que se puede representar
simplificadamente así
El orden de cada enlace es
el valor medio de los de las
tres estructuras, es decir:
(2 + 1 + 1) / 3 = 1,33
⟷ ⟷
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Algo parecido se puede argumentar para el ion nitrato,
del se sabe experimentalmente que las tres distancias
N–O son iguales. Para explicarlo se pueden proponer
estas tres estructuras de Lewis en resonancia (se han
omitido los pares de electrones sin compartir de los O)
⟷ ⟷
⟷⟷
⟷
⟷
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Y esta es la propuesta para el ion sulfato. Como se
ve el S tiene más de 8 electrones alrededor. Es lo
que se llama un octeto ampliado, relativamente
común en los compuestos del S
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El modelo de la resonancia no solo tiene validez para explicar
aspectos estructurales de las moléculas (como sus distancias de
enlace) sino también, en ocasiones, para justificar su reactividad.
Esta molécula es la anilina. Se comprueba experimentalmente que
la presencia del grupo –NH2 modifica la densidad de carga de los
átomos de C del anillo, pero no por igual en todos los C. Esto se
puede racionalizar como se explica a continuación.
(En la estructura, por simplicidad, se han omitido los 5 átomos de H unidos a
átomos de C del anillo)
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Se puede pensar en una estructura
resonante de la primera como esta
Las flechas amarillas explican cómo se puede
entender la relación entre ambas
estructuras. El par de electrones del NH2 se
“movería” para formar un doble enlace. Pero
como eso provocaría que se acumularan dos
dobles enlaces sobre un C, al mismo tiempo
los electrones del doble enlace del anillo se
cargarían sobre un átomo de C, con lo cual
este adquiriría carga negativa
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Esa “circulación de electrones” se puede pensar
que se sigue expendiendo por el anillo
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Lo más interesante es que se sabe experimentalmente que cuando un reactivo
electrófilo (“buscador de electrones”) ataca químicamente a ese anillo, el ataque se
produce preferentemente sobre alguno de los tres carbonos que tienen caga
negativa. (En química orgánica a este efecto se le llama mesomería)
La estructura real de la anilina se
puede postular que es un híbrido
de resonancia de esas cinco
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3.2. enlace covalente Teoría del enlace de valencia

  • 1. Bases de Estructura de la Materia y Química Triplenlace.com
  • 2. 3. El enlace covalente Triplenlace.com
  • 3. 3.2. Teoría del enlace de valencia Triplenlace.com
  • 4. Existen dos grandes teorías o modelos para explicar cómo se produce en enlace químico entre dos o más átomos para formar una molécula: la teoría del enlace de valencia y la teoría de orbitales moleculares. La teoría del enlace de valencia considera que el enlace se produce por solapamiento de orbitales atómicos entre átomos vecinos Triplenlace.com
  • 5. s Un orbital s de un átomo… Triplenlace.com
  • 6. s s Triplenlace.com puede solaparse con un orbital s de otro átomo…
  • 7. s s  Triplenlace.com y eso produce el enlazamiento de ambos átomos. A los enlaces entre orbitales s se les designa con la letra griega equivalente ()
  • 8. s s  s p Triplenlace.com También puede producirse un solapamiento  entre un orbital s de un átomo y un orbital p de otro si este último tiene la orientación que se muestra en la figura
  • 9. s s  s p Triplenlace.com
  • 10. s s  s p pz pz Triplenlace.com Considerando que el eje Z es el horizontal y que los núcleos de los átomos se encuentran sobre ese eje, dos orbitales p orientados de este modo respecto al eje Z…
  • 11. s s  s p pz pz  Triplenlace.com también pueden formar un enlace 
  • 12. s s  s p pz pz  py py Triplenlace.com Sin embargo, si están orientados así (consideramos que el eje Y es el vertical), el solapamiento solo puede ser “lateral”…
  • 13. s s  s p pz pz  py py  Triplenlace.com y al enlace que se forma se le llama  En general, a los enlaces que se forman por solapamiento frontal de orbitales se les llama  y a los que se forman por solapamiento lateral se le llama 
  • 14. s s  s p pz pz  py py px px Triplenlace.com También habrá enlace  con esta orientación (eje X, transversal )
  • 15. s s  s p pz pz  py py px px  Triplenlace.com
  • 16. d p  Triplenlace.com Son posibles los enlaces  cuando hay solapamientos laterales de orbitales d y p de este modo
  • 17. d p  d d  Triplenlace.com O entre orbitales d de esta forma
  • 18. d p  d d  dd  Triplenlace.com Esta otra orientación produce orbitales 
  • 19. O2 Triplenlace.com Vamos a ver ejemplos de formación de enlaces entre átomos para formar moléculas. Empecemos con la molécula O2
  • 20. O O2( Z = 8 ) Triplenlace.com Cada átomo de O tiene 8 electrones…
  • 21. E 1s 2s 2p O O2( Z = 8 ) Triplenlace.com distribuidos según esta configuración electrónica
  • 22. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com Esta sería una representación del orbital 1s, con sus dos electrones
  • 23. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com Y esta, del 2s, que tapa al 1s
  • 24. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com Hay tres orbitales 2p: 2px, 2py, 2pz. Consideremos que este es el 2pz. (Sus dos lóbulos se dibujan en verde; el orbital tiene 1 electrón) 2px 2py 2pz
  • 25. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com 2px 2py 2pz Este sería el orbital 2py, con su electrón
  • 26. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com 2px 2py 2pz Y este es el 2px (uno de sus lóbulos está por detrás). Tiene dos electrones
  • 27. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com Para simplificar no dibujaremos los orbitales 1s y 2s, ya que, por ser internos, no pueden solaparse con los orbitales de otros átomos y no influirán en el enlace 2px 2py 2pz
  • 28. E 1s 2s 2p O O2 Triplenlace.com Colocaremos al lado otro átomo de oxígeno 2px 2py 2pz
  • 29. E 1s 2s 2p O O2  Triplenlace.com Se produce el solapamiento frontal de los orbitales 2pz de ambos átomos, lo que significa el apareamiento de sus electrones y la formación de un enlace  2px 2py 2pz
  • 30. E 1s 2s 2p O O2   Triplenlace.com 2px 2py 2pz Pero también se puede producir el solapamiento lateral de los orbitales 2py para formar un segundo enlace, en este caso del tipo 
  • 31. E 1s 2s 2p O O2   Triplenlace.com 2px 2py 2pz Los orbitales 2px de ambos átomos O no se solaparían entre sí para formar enlace porque están completos (tienen dos electrones cada uno o, dicho de otro modo, sus electrones no pueden aparearse porque ya lo están)
  • 32. E 1s 2s 2p O O O···· ·· ·· ·· ·· Triplenlace.com 2px 2py 2pz Eso explica el doble enlace O = O en la molécula O2. Este doble enlace también lo predice el modelo del octeto de Lewis, en el que se han de tener en cuenta todos los electrones de valencia (es decir, la última capa de cada O, que es la capa 2, formada por los orbitales 2s y 2p)
  • 33. E 1s 2s 2p O O O·· ·· ·· ··   Triplenlace.com 2px 2py 2pz El modelo de Lewis no predice de dónde proceden los electrones que forman los enlaces. Simplemente predice que se forman dos enlaces, pues de este modo se satisface que cada átomo de O quede rodeado por 8 electrones. Por otro lado, se cumple algo que es bastante habitual: cuando se forma un doble enlace, uno de ellos es  y el otro es 
  • 34. E 1s 2s 2p N N2( Z = 7 ) Triplenlace.com 2px 2py 2pz Si en vez de la molécula de O2 consideramos la de N2 , sí se podrán formar tres enlaces porque en el N en vez de existir 2 electrones apareados en el orbital 2px…
  • 35. E 1s 2s 2p N N2( Z = 7 ) Triplenlace.com 2px 2py 2pz solo existe uno y, por tanto, desapareado solo existe uno y, por tanto, desapareado
  • 36. E 1s 2s 2p N N2    Triplenlace.com 2px 2py 2pz Eso permite la formación de un segundo enlace 
  • 37. E 1s 2s 2p N N N······ ·· ·· Triplenlace.com 2px 2py 2pz El modelo de Lewis también predice un triple enlace para el N2. (Nomalmente, en los enlaces triples, uno es  y dos son )
  • 38. E S O ( Z = 16 ) Triplenlace.com Manteniendo la imagen de los orbitales del O para comparar, consideremos ahora el elemento azufre
  • 39. E 1s 2s 2p 3s 3p S O ( Z = 16 ) Triplenlace.com Tiene tres capas, pero la estructura de su última capa (la tercera) es la misma que la de la última capa del oxígeno
  • 40. E 1s 2s 2p 3s 3p S OS Triplenlace.com Por lo tanto, la representación de esta tercera capa del S será la misma que la de la segunda capa del O, pero será más grande porque los orbitales 3p están más alejados del núcleo. (Se ha obviado la subcapa 3s porque no contribuye a los enlaces, al ser interna)
  • 41. E 1s 2s 2p 3s 3p S OS H S H· ·· ··· ·· Triplenlace.com Con esa representación puede razonarse cómo se formaría la molécula H2S, cuya estructura según el modelo de Lewis sería esta
  • 42. E 1s 2s 2p 3s 3p S OS H S H· ·· ··· ·· 92,3 o Triplenlace.com Se conocen estos datos experimentales sobre ella. El ángulo H – S – H no es muy diferente de 90 o, que es el ángulo que forman entre sí los tres orbitales 3p Se conocen estos datos experimentales sobre ella. El ángulo H – S – H no es muy diferente de 90o, que es el ángulo que forman entre sí los tres orbitales 3p
  • 43. E H S H· ·· ··· ·· 1s 2s 2p 3s 3p S 92,3 o OH2S   Triplenlace.com Por eso se podría pensar que se enlazarían así 2 orbitales p con sendos orbitales 1s de cada H. Si el ángulo real H – S –H real es algo mayor de 90o podría argumentarse que se debe a repulsión entre los átomos de H
  • 44. E H S H· ·· ··· ·· H O H· ·· ··· ·· 1s 2s 2p 3s 3p S 92,3 o OH2S   Triplenlace.com La molécula de H2O es análoga a la de H2S. Por lo tanto, podría pensarse en aplicar el modelo de la H2S a la H2O
  • 45. E H S H· ·· ··· ·· 104,5 o H O H· ·· ··· ·· 1s 2s 2p 3s 3p S 92,3 o OH2S   Triplenlace.com Pero surge un inconveniente: el ángulo H – O –H experimental (104,5o) es mucho mayor de 90o. Como el átomo de O es más pequeño que el de S, este ángulo tan grande podría atribuirse a que los átomos de H quedarían excesivamente próximos si el ángulo fuera cercano a 90o . Es decir, el ángulo tan grande se explicaría por la repulsión de los H. Pero, en cualquier caso, no se podría usar el modelo de orbitales p ortogonales (90o entre ellos). Por eso se recurre a la teoría de la hibridación de orbitales
  • 47. E H S H· ·· ··· ·· 104,5 o H O H· ·· ··· ·· 1s 2s 2p 3s 3p S 92,3 o H2S HHH 109,5° Triplenlace.com La idea clave para soluciona el problema de la molécula de H2O surge al considerar que el ángulo 104,5o está más próximo al ángulo típico de los tetraedros (109,5o) que a un ángulo recto (90o)
  • 48. E 1s 2s 2p O( Z = 8 ) 104,5 o H O H· ·· ··· HHH 109,5° ·· Triplenlace.com Se trata de razonar cómo el átomo de O podría “organizar” sus orbitales p para que quede justificado el ángulo H – O – H = 104,5o
  • 49. E O 104,5 o H O H· ·· ··· HHH 1s 2s 2p 109,5° ·· Triplenlace.com La argumentación que se hace es que los orbitales 2s y los tres 2p del O, por la influencia de los átomos de H, se reorganizan “fundiéndose” o hibridándose unos con otros, de modo que en vez de tener estos cuatro orbitales…
  • 50. E O 104,5 o H O H· ·· ··· HHH 1s 2s 2p 2sp3 109,5° ·· Triplenlace.com el O en la molécula H2O tiene estos cuatro, a los que se les llama “híbridos sp3” por estar formados por un s y tres p. Su forma aproximada sería la de la figura. (Se han dibujado los cuatro, arbitrariamente, en el eje Z. Los electrones se distribuyen en esos cuatro orbitales según la regla de Hund de máximo desapareamiento)
  • 51. E O 104,5 o H O H· ·· ··· O H 1s 2s 2p 2sp3 104,5° ·· Triplenlace.com Los cuatro orbitales híbridos sp3 adoptarían una disposición tetraédrica porque esa es la distribución geométrica que garantiza una mayor separación entre los orbitales y, por tanto, menor repulsión entre ellos (los lóbulos pequeños de cada orbital no se han dibujado por simplicidad)
  • 52. E O 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 1s 2s 2p 2sp3   104,5° ·· Triplenlace.com Como dos de los orbitales sp3 tienen un solo electrón, estos electrones se aparearían con sendos electrones de orbitales 1s de cada hidrógeno
  • 53. E O 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 1s 2s 2p 2sp3   104,5° ·· Triplenlace.com La razón de que el ángulo de enlace sea menor que el tetraédrico (104,5o < 109,5o) podría explicarse teniendo en cuenta que el oxígeno tiene dos pares de electrones sin compartir (como también se ve en la estructura de Lewis) y que, según se ha podido comprobar en muchos casos, estos ejercen mayor repulsión que los pares de enlace
  • 54. E 1s 2s 2p H C H· ·· ··· H ··H C ( Z = 6 ) 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 104,5° ·· Triplenlace.com Veamos otra estructura que también se puede explicar por hibridación sp3: la del metano (CH4)
  • 55. E 1s 2s 2p H C H· ·· ··· H ··H 109,5 o C ( Z = 6 ) 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 104,5° ·· Triplenlace.com Los datos experimentales revelan que el ángulo H – C – H es tetraédrico (en este caso exactamente tetraédrico). Lo vamos a poder explicar por una hibridación sp3 del C igual a la del O vista antes
  • 56. E 1s 2s 2p H C H· ·· ··· H ··H 109,5 o C ( Z = 6 ) 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 104,5° ·· Triplenlace.com
  • 57. E 1s H C H· ·· ··· H ··H 109,5 o C ( Z = 6 ) 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 2s 2p 2sp3 104,5° ·· Triplenlace.com
  • 58. E 1s H C H· ·· ··· H ··H 109,5 o C ( Z = 6 ) 104,5 o H O H· ·· ··· H2O H 2s 2p 2sp3 H 109,5°    104,5° CH4 ·· Triplenlace.com Es lógico que el ángulo sea exactamente tetraédrico, ya que los cuatro enlaces contienen lo mismo: pares de electrones procedentes uno del C y uno del H
  • 59. E 1s 2s 2p B ( Z = 5 ) Triplenlace.com Vamos a considerar ahora otro tipo de hibridación distinta a la sp3. Para ello, tomaremos como ejemplo el boro, cuya configuración es esta…
  • 60. E H B H· ·· ··· H 120 o 1s 2s 2p B Triplenlace.com y una de sus moléculas: el borano (BH3), que se sabe experimentalmente que tiene estructura plana triangular, con ángulos de enlace H – B – H exactamente iguales a 120o. (Su estructura de Lewis no cumple el modelo del octeto)
  • 61. E H B H· ·· ··· H 1s 2s 2p B 120 o Triplenlace.com Como el B tiene que formar tres enlaces con el H, necesitaría tres orbitales que tuvieran cada uno un solo electrón. Pero solo tiene uno.
  • 62. E H B H· ·· ··· H 1s 2s 2p B 120 o Triplenlace.com Una solución es proponer una hibridación entre el orbital 2s y dos orbitales p (por comodidad en la representación se escogerá al 2py y al 2pz)
  • 63. E H B H· ·· ··· H 1s B 120 o 2s 2p 2sp2 Triplenlace.com Así se forman tres orbitales híbridos sp2 con los electrones distribuidos como se muestra (en aplicación de la regla de Hund de máximo desapareamiento). También quedará un orbital p sin hibridar (dibujado en verde oscuro)
  • 64. E H B H· ·· ··· H 1s B 120 o 2s 2p 2sp2 B Triplenlace.com Este sería el orbital p puro, que quedaría perpendicular al plano…
  • 65. E H B H· ·· ··· H 1s B 120 o 2s 2p 2sp2 B 120 o Triplenlace.com …formado por los tres orbitales híbridos sp2. La disposición de estos sería triangular (ángulos de 120o) porque de ese modo se minimizan las repulsiones entre los orbitales
  • 66. E H B H· ·· ··· H 1s B 120 o 2s 2p 2sp2 BH3    Triplenlace.com Los enlaces con los H serían como se muestra. (Son del tipo  porque los solapamientos son frontales)
  • 67. E 1s 2s 2p 2sp2 H H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H C ( Z = 6 )    Triplenlace.com Estudiemos ahora el caso del eteno (H2C=CH2), cuya estructura de Lewis se propone arriba. Mantenemos el esquema sp2 dibujado para el boro porque lo vamos a necesitar. Ahora ben, como el C tiene un electrón más que el B, este se colocará en el orbital p puro
  • 68. E 1s 2s 2p 2sp2 H H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H C ( Z = 6 ) 117,4 o    Triplenlace.com El eteno tiene esta estructura experimental. Todos los átomos están en un plano
  • 69. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o Triplenlace.com Para averiguar su estructura de enlazamientos podemos partir de la del borano… H   
  • 70. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o Triplenlace.com H    teniendo en cuenta que el orbital 2p puro del C tiene un electrón
  • 71. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o Triplenlace.com H    Además, hemos de quitar este hidrógeno…
  • 72. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o Triplenlace.com para quedarnos con un grupo –CH2…   H2C=CH2
  • 73. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o    H2C=CH2 Triplenlace.com al que agregamos otro –CH2 idéntico por la izquierda. Ambos quedan unidos por un enlace  entre orbitales híbridos sp2  
  • 74. E H E 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o     Triplenlace.com  Además, entre los orbitales 2p puros de los C… H2C=CH2 Además, entre los orbitales 2p puros de los C…
  • 75. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 C 117,4 o      Triplenlace.com H2C=CH2 se forma un enlace . Por eso el eteno contiene un enlace doble, como predice la estructura de Lewis se forma un enlace . Por eso el eteno contiene un enlace doble, como predice la estructura de Lewis
  • 76. E H E 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp2 H C H·· H C H········C 117,4 o       180 o Triplenlace.com A partir de la estructura del eteno, dejándola como referencia, vamos a considerar la del etino (HCCH) porque nos va a servir para ilustrar un nuevo tipo de hibridación: la sp
  • 77. E H E 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp H C H·· H C H········C 117,4 o       180 o Triplenlace.com En el HCCH solo necesitaríamos dos orbitales de cada C, uno para unirse al otro C y otro para unirse a un H. Esto se puede conseguir con el modelo de hibridación dibujado
  • 78. E H E 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp H C H·· H C H········C 117,4 o       180 o Triplenlace.com Quitaremos primero los 4 H del H2C=CH2 Quitaremos primero los 4 H del H2C=CH2 Quitaremos primero los 4 H del H2C=CH2 Quitaremos primero los 4 H del H2C=CH2
  • 79. E H E 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp H C H·· H C H········C 117,4 o   180 o Triplenlace.com
  • 80. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp H C H·· H C H········C 117,4 o   180 o Triplenlace.com y sustituimos los híbridos sp2 por híbridos sp (dos híbridos sp para cada C; los que apuntan al otro C forman un orbital ). Podemos mantener el orbital  que tenía el eteno HC  CH– –
  • 81. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp H C H·· H C H········C 117,4 o     180 o Triplenlace.com Agregamos los H, que formarán enlaces  con los C HC  CH Agregamos los H, que formarán enlaces  con los C
  • 82. EE 1s H C H· ·· ··· H H C H· ·· · ·· H 2s 2p 2sp H C H·· H C H········C 117,4 o      180 o HC  CH Triplenlace.com Y no podemos olvidar que cada C tiene un segundo orbital 2p puro que le permite formar un segundo orbital  con el otro C
  • 83. Triplenlace.com En general: • la existencia de ángulos de enlace tetraédricos (unos 109o) se suele relacionar con la hibridación sp3 • los enlaces de 120o, con hibridación sp2 • y los de 180o, con hibridación sp
  • 84. · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com Hasta ahora, en todos los ejemplos que se han puesto se hibrida solo el átomo central, no los átomos periféricos. Esto es porque el átomo periférico de todos los ejemplos ha sido el H. Pero si es otro elemento, también cabe la posibilidad de que se tenga que recurrir a su hibridación (y no solo a la del átomo central) para explicar los enlaces. Un ejemplo es el CO2, cuya estructura según el modelo de Lewis predice la formación de dos enlaces dobles C=O
  • 85. C 2s 2p 1s2 2s2 2p2 · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com Esta es la configuración electrónica del C
  • 86. CO O 2s 2p2s 2p 2s 2p 1s2 2s2 2p21s2 2s2 2p4 1s2 2s2 2p4 · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com Y estas las de los OY estas las de los O
  • 87. CO O 2sp 2p 2s 2p2s 2p 2s 2p sp · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com Según se ha propuesto, el C experimenta una hibridación sp
  • 88. CO O 2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p 2s 2p2s 2p 2s 2p sp2 sp sp2 · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com Y los O, sp2Y los O, sp2
  • 89. CO O 2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com
  • 90. CO O 2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p · C· OO ······ ···· ·· ·· Triplenlace.com Con las hibridaciones indicadas, estas serían las disposiciones espaciales de los orbitales en los tres átomos antes de que se unan Nótese que los orbitales sp2 de un oxígeno están en un plano girado 90o respecto al plano que contiene los sp2 del otro oxígeno
  • 91. CO O    · C· OO ······ ···· ·· ·· 2sp2 2p 2sp2 2p2sp 2p  Triplenlace.com Así serían las uniones
  • 93. Triplenlace.com Como se ha visto, la teoría del enlace de valencia se basa en considerar la existencia de enlaces localizados entre dos átomos vecinos de una molécula. Normalmente, ese sistema de enlaces localizados se correlaciona con una única estructura según el modelo de Lewis. Pero algunas moléculas solo se entienden bien si se admite que pueden tener varias estructuras alternativas, en cada una de las cuales los enlaces también están localizados, pero unen a diferentes parejas de átomos. Cada una de esas estructuras alternativas tiene su correspondiente estructura de Lewis asociada. Un ejemplo es el benceno, cuya estructura conocida experimentalmente se entiende bien si se supone que no es ni la de la izquierda ni la de la derecha, sino un “híbrido” entre las dos. Se dice que existe resonancia entre ellas.
  • 94. Triplenlace.com Experimentalmente se sabe que, en general, los enlaces dobles C=C son más cortos que los enlaces sencillos C–C. Pero en la molécula de benceno todos los enlaces tienen la misma longitud. Por lo tanto, aunque las dos estructuras escritas son satisfactorias desde el punto de vista de la teoría del enlace de valencia y desde el punto de vista del modelo del octeto de Lewis, ninguna de las dos puede ser real. Se acepta que la verdadera es un “híbrido de resonancia” entre ambas
  • 95. C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 Triplenlace.com Veamos otro ejemplo: el anión CO3 2–. Partimos de las configuraciones electrónicas de las capas de valencia del C y el O
  • 96. 120 o CO3 2– C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 Triplenlace.com Se sabe experimentalmente que la estructura de la molécula-ion CO3 2– es así. Como se puede deducir, la tres distancias C–O son iguales
  • 97. C OO O – – C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 Triplenlace.com Una estructura de Lewis adecuada es esta (cada rayita representa dos electrones). (Hay que tener en cuenta que, aunque entre el C y los O el número total de electrones de valencia aportados es 4 + 6 + 6 + 6 = 22, hay que añadir dos electrones más que son los que dan la carga 2– a esta especie. Por tanto, hay que colocar 24 electrones en total Cada O tiene una carga negativa porque los electrones de cada átomo en la molécula se cuentan así: los no compartidos más la mitad de los compartidos en enlaces. Por lo tanto, cada O tiene 7 electrones, uno más que los que tiene de forma natural (6). De ahí la carga 1–
  • 98. C OO O – – C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 Triplenlace.com Ahora bien, como en esta molécula se sabe experimentalmente que los tres enlaces tienen la misma longitud, esa estructura no puede ser correcta, ya que un enlace doble es más corto que uno sencillo Ahora bien, como en esta molécula se sabe experimentalmente que los tres enlaces tienen la misma longitud, esa estructura no puede ser correcta, ya que un enlace doble es más corto que uno sencillo
  • 99. C OO O C OO C OO O O – – – – – – C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 Triplenlace.com Se acude entonces al modelo de la resonancia formulando estas otras especies, en las que el doble enlace se cambia de posición Se acude entonces al modelo de la resonancia formulando estas otras especies, en las que el doble enlace se cambia de posición
  • 100. C OO O C OO C OO O O – – – – – – C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 ⟷ ⟷ Triplenlace.com Ninguna de esas especies tiene existencia real. Se acude a las tres simplemente para explicar que la especie real es una especie de “mezcla” o híbrido entre ellas…
  • 101. C OO O 2– C O 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p4 Triplenlace.com que se puede representar simplificadamente así El orden de cada enlace es el valor medio de los de las tres estructuras, es decir: (2 + 1 + 1) / 3 = 1,33
  • 102. ⟷ ⟷ Triplenlace.com Algo parecido se puede argumentar para el ion nitrato, del se sabe experimentalmente que las tres distancias N–O son iguales. Para explicarlo se pueden proponer estas tres estructuras de Lewis en resonancia (se han omitido los pares de electrones sin compartir de los O)
  • 103. ⟷ ⟷ ⟷⟷ ⟷ ⟷ Triplenlace.com Y esta es la propuesta para el ion sulfato. Como se ve el S tiene más de 8 electrones alrededor. Es lo que se llama un octeto ampliado, relativamente común en los compuestos del S
  • 104. Triplenlace.com El modelo de la resonancia no solo tiene validez para explicar aspectos estructurales de las moléculas (como sus distancias de enlace) sino también, en ocasiones, para justificar su reactividad. Esta molécula es la anilina. Se comprueba experimentalmente que la presencia del grupo –NH2 modifica la densidad de carga de los átomos de C del anillo, pero no por igual en todos los C. Esto se puede racionalizar como se explica a continuación. (En la estructura, por simplicidad, se han omitido los 5 átomos de H unidos a átomos de C del anillo)
  • 105. Triplenlace.com Se puede pensar en una estructura resonante de la primera como esta Las flechas amarillas explican cómo se puede entender la relación entre ambas estructuras. El par de electrones del NH2 se “movería” para formar un doble enlace. Pero como eso provocaría que se acumularan dos dobles enlaces sobre un C, al mismo tiempo los electrones del doble enlace del anillo se cargarían sobre un átomo de C, con lo cual este adquiriría carga negativa
  • 106. Triplenlace.com Esa “circulación de electrones” se puede pensar que se sigue expendiendo por el anillo
  • 108. Triplenlace.com Lo más interesante es que se sabe experimentalmente que cuando un reactivo electrófilo (“buscador de electrones”) ataca químicamente a ese anillo, el ataque se produce preferentemente sobre alguno de los tres carbonos que tienen caga negativa. (En química orgánica a este efecto se le llama mesomería) La estructura real de la anilina se puede postular que es un híbrido de resonancia de esas cinco

Notas del editor

  1. Radio del S: aprox. 1 amgstrom; radio del hidrógeno: aproximadamente 0,3 amgstrom
  2. Tamaño átomo oxígeno: unos 0,6 amgstrom; tamaño átomo hidrógeno: unos 0,3 amgstrom
  3. Tamaño átomo oxígeno: unos 0,6 amgstrom; tamaño átomo hidrógeno: unos 0,3 amgstrom
  4. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  5. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  6. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  7. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  8. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  9. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  10. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm Tamaño átomo carbono: 0,6 amgstrom (aprox.)
  11. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm Tamaño átomo carbono: 0,6 amgstrom (aprox.)
  12. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm Tamaño átomo carbono: 0,6 amgstrom (aprox.)
  13. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm Tamaño átomo carbono: 0,6 amgstrom (aprox.)
  14. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm Tamaño átomo carbono: 0,6 amgstrom (aprox.)
  15. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  16. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  17. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  18. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  19. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  20. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  21. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  22. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  23. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  24. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  25. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  26. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  27. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  28. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  29. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  30. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  31. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  32. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  33. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  34. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  35. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  36. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  37. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm
  38. En H2O: 104,5 º y 96 pm En H2S: 92,3 º y 134 pm En H2Se, 91 º y 146 pm