Guía
Clase 42° Medio · Química90 minOA 19Química orgánica

Hibridación e hidrocarburos

Objetivo. Aplicar la hibridación del carbono (sp³, sp², sp) para deducir la geometría, los ángulos, el tipo de enlace y la reactividad de una molécula, convirtiendo entre sus representaciones y nombrando hidrocarburos de cadena lineal según la IUPAC, valorando la precisión en el uso del lenguaje químico.

para partir

El soplete de un soldador quema acetileno con oxígeno y pasa de los 3.100 °C, la llama más caliente que se consigue con un gas combustible corriente. Esa energía sale de un triple enlace entre dos carbonos, que obliga a la molécula a ser lineal. Esta clase explica cómo, desde la fórmula, se deduce la geometría, los ángulos, el tipo de enlace y la reactividad.

Ya están la hibridación del carbono (sp³, sp², sp) y las cuatro representaciones de una misma molécula. La hibridación permite deducir, mirando solo la fórmula, cuatro datos: la geometría, los ángulos, qué tipo de enlaces tiene y cuán reactiva es. Con esa base se empiezan a nombrar los hidrocarburos de cadena lineal.

Antes de empezar, decide (para ti) si crees que cada afirmación es verdadera o falsa. No las corregiremos todavía; volveremos a ellas al cierre:

  • Para saber si un carbono es sp³, sp² o sp hay que contar los hidrógenos que tiene.
  • Un carbono sp y uno sp³ forman el mismo número total de enlaces.
  • El etino (C₂H₂) y el etano (C₂H₆) reaccionan más o menos con la misma facilidad.
Piensa tus respuestas
1:30

Contar regiones, no hidrógenos

Para asignar la hibridación de un carbono se cuentan regiones de densidad electrónica, es decir, átomos unidos a ese carbono. Un enlace doble o triple cuenta como una sola región, porque apunta en una sola dirección.

  • 4 regiones → sp³ · geometría tetraédrica · 109,5° · solo enlaces simples.
  • 3 regiones → sp² · geometría trigonal plana · 120° · hay un enlace doble.
  • 2 regiones → sp · geometría lineal · 180° · hay un enlace triple.
¿Cuántos átomos hay unidos a ese C?4 regiones3 regiones2 regionessp³sp²sptetraédricatrigonal planalineal109,5°120°180°
Fig. 1 — El método completo cabe en una pregunta: cuenta átomos unidos (el enlace múltiple cuenta como uno).

Los tres casos de referencia. Rótalos y observa la forma, que es lo que se puede predecir desde la hibridación:

H H H H
Metano (CH₄) — carbono sp³, tetraédrico
H H H H
Eteno (C₂H₄) — carbonos sp², todo en un plano
H H
Etino (C₂H₂) — carbonos sp, los cuatro átomos alineados
Actividad · Completa5 puntos

Completa el método para asignar la hibridación de un carbono:

Para asignar la hibridación se cuentan los átomos unidos a ese carbono, y un enlace doble o triple cuenta como región. Si hay 4 regiones el carbono es , con geometría y ángulos de °. Si hay 3 regiones es , con geometría trigonal plana y ángulos de °. Si hay 2 regiones es , con geometría y ángulos de 180°.

Traducir entre representaciones

Hay cuatro formas de escribir una molécula. Las tres que más se usan en química orgánica, aplicadas al 1-buteno, dicen exactamente lo mismo y muestran distinta cantidad de información.

H H H H H H H H
1-buteno — fórmula desarrollada (todos los átomos y enlaces) · C4H8
1-buteno — fórmula esquelética (cada vértice y cada extremo es un carbono) · C4H8

Y su forma condensada (o semidesarrollada), la que más vas a escribir a mano porque no requiere dibujar:

CH₂=CH–CH₂–CH₃

1-buteno: una molécula, tres representacionesDesarrolladamuestra TODOH H H H| | | |C = C – C – C – H| | |H H HCondensadarápida de escribirCH₂=CH–CH₂–CH₃Esqueléticapara moléculas grandesC1C4
Fig. 2 — Tres representaciones de la misma molécula: los 4 carbonos y el doble enlace están en las tres.

Cómo se traduce, paso a paso. De esquelética a condensada: recorre el zigzag contando vértices y extremos (cada uno es un carbono), y a cada carbono agrégale los hidrógenos que le falten para llegar a cuatro enlaces. De condensada a esquelética: dibuja el zigzag con tantos vértices como carbonos y marca los enlaces múltiples donde corresponda; los hidrógenos unidos a carbono no se dibujan.

Actividad · Selección múltiple2 puntos

La Fig. 2 muestra el 1-buteno en tres representaciones. Un compañero mira la fórmula esquelética (el zigzag) y dice que 'tiene 3 carbonos, porque veo 3 líneas'. ¿Cuál es la corrección adecuada?

Lo que se deduce de la hibridación

Si de una molécula solo se conoce la fórmula, asignar la hibridación de cada carbono entrega cuatro datos:

Si el carbono es… Geometría Ángulo Enlaces que tiene Reactividad
sp³ tetraédrica 109,5° 4 enlaces σ baja: molécula saturada
sp² trigonal plana 120° 3 σ + 1 π alta: el π queda expuesto
sp lineal 180° 2 σ + 2 π muy alta: dos π expuestos

Cada fila es una deducción distinta.

1. La geometría. Los pares de electrones se repelen y se alejan lo más posible. Cuatro regiones ocupan los vértices de un tetraedro. Tres se acomodan en un plano y dos quedan opuestas. La hibridación determina la forma.

2. El ángulo. Es consecuencia directa de lo anterior: 109,5°, 120° y 180°. En una molécula con varios carbonos, cada carbono tiene su propio ángulo. En el propeno (CH₂=CH–CH₃) conviven ángulos de 120° (en los carbonos del doble enlace) y de 109,5° (en el CH₃).

3. El tipo de enlace: σ y π. Los orbitales híbridos siempre forman enlaces σ (sigma), que son frontales y fuertes. Los orbitales p que sobran sin hibridar forman enlaces π (pi), laterales y más débiles. De ahí sale una regla que conviene saber de memoria:

  • Enlace simple = 1 σ.
  • Enlace doble = 1 σ + 1 π.
  • Enlace triple = 1 σ + 2 π.

4. La reactividad. El enlace π es más débil y sus electrones quedan expuestos por fuera del eje de la molécula, accesibles a un reactivo. Por eso los compuestos insaturados (con dobles o triples enlaces) reaccionan con facilidad y dan reacciones de adición, en las que el enlace π se rompe y entran átomos nuevos. Los saturados (solo sp³, solo σ) son bastante inertes. El butano de una estufa arde; el 1-buteno decolora el agua de bromo a temperatura ambiente.

Actividad · Cálculo3 puntos

Ejemplo resuelto tipo PAES — Para el propino, CH₃–C≡CH, determina: (a) la hibridación de cada carbono, (b) los ángulos de enlace, (c) el número total de enlaces σ y π.

Actividad · Selección múltiple2 puntos

En el 2-butino, CH₃–C≡C–CH₃, ¿cuántos átomos de la molécula se encuentran obligatoriamente sobre una misma línea recta?

Actividad · Verdadero o falso2 puntos

El etino (H–C≡C–H) y el etano (CH₃–CH₃) reaccionan con dificultad parecida, porque ambos están formados solo por carbono e hidrógeno.

Nombrar hidrocarburos de cadena lineal

Con las herramientas anteriores se puede ponerle nombre a una molécula. Se empieza por los hidrocarburos (solo carbono e hidrógeno) de cadena lineal, sin ramas ni ningún otro átomo.

El nombre IUPAC de estos compuestos se arma con dos piezas:

Pieza 1 — el prefijo dice cuántos carbonos tiene la cadena.

Carbonos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Prefijo met- et- prop- but- pent- hex- hept- oct- non- dec-

Pieza 2 — el sufijo dice qué enlaces hay… que es exactamente decir qué hibridación hay.

  • -ano → solo enlaces simples · todos los carbonos sp³ · familia de los alcanos (saturados). Fórmula general CₙH₂ₙ₊₂.
  • -eno → hay un enlace doble · dos carbonos sp² · familia de los alquenos (insaturados). Fórmula general CₙH₂ₙ.
  • -ino → hay un enlace triple · dos carbonos sp · familia de los alquinos (insaturados). Fórmula general CₙH₂ₙ₋₂.

El sufijo del nombre declara la hibridación, y con ella la geometría, los ángulos y la reactividad. Un nombre bien escrito resume esos cuatro datos.

Pentano (C₅H₁₂) — alcano: 5 carbonos, todos sp³ · C5H12
2-buteno (C₄H₈) — alqueno: doble enlace entre C2 y C3 · C4H8
2-pentino (C₅H₈) — alquino: triple enlace entre C2 y C3 · C5H8

El localizador: ¿dónde está la insaturación? En los alcanos no hace falta más. Pero si hay un doble o triple enlace, hay que decir entre qué carbonos está. Para eso se numera la cadena y se escribe el número justo antes del sufijo, entre guiones.

La regla de numeración es simple: se numera desde el extremo más cercano a la insaturación, para que el localizador quede lo más bajo posible. Y el número indica el primer carbono del enlace múltiple.

CH₂=CH–CH₂–CH₃ → 1-buteno · CH₃–CH=CH–CH₃ → 2-buteno

Ambos tienen 4 carbonos y un doble enlace; lo único que los distingue, y los hace sustancias distintas, es dónde está ese doble enlace.

Actividad · Pareo de términos5 puntos

Empareja cada hidrocarburo lineal con la descripción que le corresponde (mira el sufijo y el localizador):

Toca un término y luego su definición para emparejarlos.

Actividad · Análisis4 puntos

Te entregan la fórmula condensada CH₃–CH₂–C≡C–CH₃. Responde las tres preguntas: (1) ¿cómo se llama según la IUPAC y por qué ese localizador?; (2) indica la hibridación y el ángulo de CADA uno de sus cinco carbonos; (3) explica si reaccionará más o menos fácilmente que el pentano y justifica desde la hibridación.

Actividad · Verdadero o falso2 puntos

Repaso de la hibridación. Un carbono con hibridación sp forma solo dos enlaces, porque tiene dos orbitales híbridos.

síntesis

Para cerrar

Contando regiones (no hidrógenos) se asigna sp³, sp² o sp, y con eso se deduce la geometría (tetraédrica, trigonal plana o lineal), el ángulo (109,5°, 120° o 180°), el reparto de enlaces σ y π (simple = 1σ; doble = 1σ+1π; triple = 1σ+2π) y la reactividad: los saturados son inertes y los insaturados exponen sus enlaces π y reaccionan. Las representaciones desarrollada, condensada y esquelética describen la misma molécula. El nombre de un hidrocarburo lineal se arma así: el prefijo cuenta los carbonos (met-, et-, prop-, but-…), el sufijo declara el enlace y, con él, la hibridación (-ano sp³, -eno sp², -ino sp) y el localizador dice dónde está la insaturación. Un nombre bien escrito describe forma, ángulos, enlaces y comportamiento.

Piensa sobre tu aprendizaje

  • Vuelve a las tres afirmaciones del inicio. ¿Cuáles resultaron falsas y qué las desmiente?
  • Si te dan una fórmula que nunca has visto, ¿cuál es el PRIMER paso que darías ahora? ¿Y qué cuatro cosas podrías afirmar después de darlo?
  • ¿Qué te costó más hoy: contar regiones, traducir entre representaciones o ubicar el localizador del nombre? ¿Qué harías para practicarlo?

referencias

Bibliografía

  1. 01Ministerio de Educación de Chile (2019). Programa de Estudio Química, 2° Medio. Unidad de Química orgánica (OA 19).
  2. 02Chang, R. & Goldsby, K. (2017). Química (12ª ed.). McGraw-Hill.
  3. 03Brown, T. et al. (2014). Química, la ciencia central (12ª ed.). Pearson.
  4. 04McMurry, J. (2018). Química orgánica (9ª ed.). Cengage.
  5. 05IUPAC (2013). Nomenclature of Organic Chemistry: Recommendations and Preferred Names. RSC Publishing.
  6. 06Khan Academy (en español). Orbitales, hibridación y estructuras de línea. https://es.khanacademy.org
  7. 07TWI Global. Oxy-fuel (oxyacetylene) welding: job knowledge. https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/oxy-fuel-welding-003
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