Enlace químico y geometría molecular

a) Diagrama de Lewis.

Electrones de valencia: C aporta 4, cada H aporta 1 y el O aporta 6:$$4 + 2\cdot 1 + 6 = 12\ \text{electrones} = 6\ \text{pares}$$El carbono va en el centro. Dos pares forman los enlaces $\text{C}-\text{H}$, dos pares el doble enlace $\text{C}=\text{O}$ (así el carbono completa su octeto) y los dos pares restantes quedan como pares solitarios sobre el oxígeno, que también completa su octeto:$$\text{H}-\overset{\overset{\displaystyle\text{H}}{|}}{\text{C}}=\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\text{O}}}$$Cada raya es un par de electrones compartido y cada pareja de puntos, un par solitario. Recuento: C con 4 pares de enlace (8 electrones), O con 2 pares de enlace y 2 solitarios (8 electrones) y cada H con 1 par (2 electrones).

b) Hibridación y enlaces $\sigma$ y $\pi$.

El carbono tiene tres zonas de densidad electrónica (dos enlaces $\text{C}-\text{H}$ y el doble enlace $\text{C}=\text{O}$), sin pares solitarios: geometría trigonal plana, con ángulos de unos $120^\circ$. Esto se explica con una hibridación $sp^2$ del carbono: combina el orbital $2s$ con dos orbitales $2p$ y forma tres híbridos $sp^2$ en un plano, dejando un orbital $2p$ sin hibridar, perpendicular a ese plano.

El enlace entre C y O es doble:

• un enlace $\sigma$, por solapamiento frontal de un híbrido $sp^2$ del C con un orbital del O (que también puede describirse como $sp^2$);
• un enlace $\pi$, por solapamiento lateral del orbital $2p$ sin hibridar del C con un orbital $2p$ del O.

Los otros dos híbridos $sp^2$ del carbono se solapan con los orbitales $1s$ de los hidrógenos y forman los dos enlaces $\text{C}-\text{H}$, ambos $\sigma$.

En total, la molécula tiene 3 enlaces $\sigma$ (dos $\text{C}-\text{H}$ y uno $\text{C}-\text{O}$) y 1 enlace $\pi$ (en el $\text{C}=\text{O}$).