Clase 10, 13 de agosto, GEE octaedro -...

Recuerda que a partir de la geometría octaédrica (GEE) se pueden derivar tresgeometrías moleculares (GM) en función del número de pares de electrones libresen el átomo central.

GM: Octaédrica GM: Pirámide de base cuadrada GM: Cuadrada(0 par libre) (1 par libre) (2 pares libres)

GEE Octaédrica

En esta ocasión presentaremos la descripción para moléculas cuyageometría asociada con las entidades electrónicas (GEE) esoctaédrica.

90.0°

(0 par libre) (1 par libre) (2 pares libres)

Las moléculas que serán analizadas en esta presentación serán:

• Hexafluoruro de azufre, SF6• Tetrafluoroxoxenón, F4XeO• Tetrafluoruro de xenón, XeF4• Ion xenito, XeO44–

1

90.0°

Hexafluoruro de azufre, SF6.

Obtengamos primero la configuración electrónica de cada átomo.

S 1s22s22p63s23p4 F 1s22s22p5

El S aporta seis electrones y el F aporta siete electrones por lo que el número totalde electrones será cuarenta y ocho. Si el átomo de S es el átomo central, entonces,la estructura de Lewis será:

F S Fx x x xx x x x xx

Fx x

x x

x x F

x xx x

x x

x x x x

GEE Octaédrica

Si calculamos la carga formal en cada átomo para esta estructura, tenemos:

CFS = 6 – 0 – (12/2) = 0 CFF= 7 – 6 – (2/2) = 0

Al ser las cargas formales cero y la molécula neutra podemos decir que laestructura de Lewis propuesta es correcta.

Dado que S tiene seis entidades electrónicas en su entorno, entonces, su GEEserá octaédrica y como las seis entidades electrónicas están asociadas conenlaces, entonces, la GM será octaédrica.

F S Fx x x xx x x xx x

x x

x xx x

Fx x

x x

x x

x x F

x xx x

x x x

x

2

Ahora pensemos en el modelo de cajas de cada átomo para explicar la estructurade Lewis.

S F

Como en la estructura de Lewis los F tienen tres pares de electrones libres y unelectrón desapareado para unirse con el átomo de S, no tenemos conflictoelectrónico. En el caso de S, este requiere tener los seis electrones desapareadospor lo tanto realizará dos transferencia electrónica:

Y3,1,1,–1/2 → Y3,2,0,1/2 Y3,0, 0,–1/2 → Y3,2,2,1/2

3s 3px 3pz 3py 2s 2px 2pz 2py

GEE Octaédrica

3,1,1,–1/2 3,2,0,1/2 3,0, 0,–1/2 3,2,2,1/2

La razón de realizar las transferencias electrónicas de los orbitales 3s y 3px a losorbitales 3dz2 y 3dx2– y2 es por que la geometría octaédrica requiere de estos dosorbitales para generar los seis orbitales híbridos que están en la disposiciónespacial adecuada.

Ahora podemos aparear a los electrones.

3

3s 3px 3pz 3py 3dx2– y2S 3dz2

La “unión” de orbitales es arbitraria

3s 3px 3pz 3py 3dx2– y2S

2s 2px 2pz 2py


2s 2px 2pz 2py

F

F

F

F

F

2s 2px 2pz 2py

F3dz2

GEE Octaédrica

4

2s 2px 2pz 2py

F

Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE BPT y paraello recurrimos al concepto de hibridación.

En el caso de los átomos de F estos tiene cuatro entidades electrónicas por lo quecombinará cuatro orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz, 2py) para generar cuatroorbitales híbridos sp3.

sp3 sp3 sp3 sp3F

El átomo de S tiene seis entidades electrónicas por lo que deberá de combinar seisorbitales atómicos. En esta ocasión las seis posiciones de las entidadeselectrónicas alrededor del átomo central son equivalentes pues los ángulos entreellas son de 90.0 grados. Por esta razón el átomo de S combinará los seis orbitalesatómicos (3s, 3px, 3pz, 3py, 3dx2– y2, 3dz2) para generar seis orbitales híbridossp3d2.

Ahora podemos describir los enlaces.

sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2S

sp3d2

GEE Octaédrica

5

S

sp3 sp3 sp3 sp3

sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3

sp3 sp3 sp3 sp3

sp3 sp3 sp3 sp3

F

F

F

F

F

sp3 sp3 sp3 sp3

Fsp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2

La razón de plantear que las seis posiciones son equivalentes no sólo esta

S

F

FF

F

s sp3d2(S)/sp3(F)F

Fs sp3d2(S)/sp3(F)s sp3d2(S)/sp3(F)

s sp3d2(S)/sp3(F)

s sp3d2(S)/sp3(F)s sp3d2(S)/sp3(F)

GEE Octaédrica

La razón de plantear que las seis posiciones son equivalentes no sólo estafundamentada en la igual en el ángulo de enlace F – S – F, que es de 90.0 grados,sino en que experimentalmente únicamente existe una longitud de enlace S – F lacual tiene un valor de 1.56 Å.

6

Tetrafluoroxoxenón, F4XeO.


Xe 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6 F 1s22s22p5 O 1s22s22p4

El F aporta siete electrones, el O aportan seis electrones y el Xe aporta ochoelectrones por lo que el número total de electrones será cuarenta y dos. Si elátomo de Xe es el átomo central, entonces, la estructura de Lewis será:

Ox x

x x

x x

GEE Octaédrica


CFXe = 8 – 2 – (10/2) = 1 CFF= 7 – 6 – (2/2) = 0 CFO= 6 – 6 – (2/2) = –1

Para anular el valor de carga formal en O y Xe, debido a que la molécula esneutra, se formará un “enlace doble” tomando un par de electrones libres de O ylos uniremos al átomo de Xe.

7

F Xe Fx x x xx x x xx x

x x

x xx x

Fx x

x x

x x

x x

Ox x x x

Fx xx

x x x x

x

x x x x

Si calculamos la carga formal en cada átomo para esta nueva estructura, tenemos:

CFXe = 8 – 2 – (12/2) = 0 CFF= 7 – 6 – (2/2) = 0 CFO= 6 – 4 – (4/2) = 0

Al ser las cargas formales cero y la molécula neutra podemos decir que la


x x

x xx x

Fx x

x x

x x

x x

Ox x

Fx xx

x x x x

x

x x x x x x

x x

GEE Octaédrica


Dado que Xe tiene seis entidades electrónicas en su entorno, entonces, su GEEserá octaédrica y como de las seis entidades electrónicas cinco están asociadascon enlaces, entonces, la GM será pirámide de base cuadrada.



5s 5px 5pz 5py

8F O

Xe

Como en la estructura de Lewis los F tienen tres pares de electrones libres y unelectrón desapareado para unirse con el átomo de Xe, no tenemos conflictoelectrónico. En el caso de O en la estructura de Lewis este tiene dos pares deelectrones libres y dos electrones desapareados para unirse con el átomo de Xe,por lo que electrónicamente está listo.

En el caso de Xe, este requiere seis electrones desapareados, cuatro para unirsecon F y dos para el “enlace doble” con O, por lo tanto realizará tres transferenciaselectrónicas Y5,1,1,–1/2 → Y5,2,0,1/2, Y5,1,0,–1/2 → Y5,2,2,1/2, Y5,1,–1,–1/2 → Y5,2,1,1/2

Xe

GEE Octaédrica

Ahora podemos aparear a los electrones.

9

5s 5px 5pz 5py 5dx2–y2 Xe

5dz2


2s 2px 2pz 2py


2s 2px 2pz 2py2s 2px 2pz 2py

F

FO

F

F

5dxz

5s 5px 5pz 5py 5dx2–y2 Xe5dz2 5dxz

Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE octaédrica ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.


En el caso del átomo de O este tiene tres entidades electrónicas, dos pares deelectrones libres y un “enlace doble”, por lo que combinará tres orbitales atómicos(2s, 2px, 2py) para generar tres orbitales híbridos sp2. El orbital atómico 2py sequeda “puro”.

GEE Octaédrica

queda “puro”.

El átomo de Xe tiene seis entidades electrónicas por lo que combinará seisorbitales atómicos (5s, 5px, 5pz, 5py, 5dx2– y2, 5dz2) para generar seis orbitaleshíbridos sp3d2. El orbital 5dxz se mantiene “puro”

10

sp3 sp3 sp3 sp3 sp2 sp2 sp2 2pyF O

Xe5dxzsp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2


sp3 sp3 sp3 sp3

sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3

sp2 sp2 sp2 2pysp3 sp3 sp3 sp3

F

FO

F

F

GEE Octaédrica

11

p 5dxz(Xe)/2py(O)

Xe5dxzsp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2

Xe

O

FF

F F

s sp3d2(Xe)/sp3(F)s sp3d2(Xe)/sp3(F)

s sp3d2(Xe)/sp2(O)


Tetrafluoruro de xenón, XeF4


Xe 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6 F 1s22s22p5

El F aporta siete electrones y el Xe aporta ocho electrones por lo que el númerototal de electrones será treinta y seis. Si el átomo de Xe es el átomo central,entonces, la estructura de Lewis será:


x x

x xx x

x x

x x x x

GEE Octaédrica


CFXe = 8 – 4 – (8/2) = 0 CFF= 7 – 6 – (2/2) = 0


Dado que Xe tiene seis entidades electrónicas en su entorno, entonces, su GEEserá octaédrica y como de las seis entidades electrónicas cuatro están asociadascon enlaces, entonces, la GM será cuadrada. 12

F Xe Fx x x x xx

Fx x

x x

x x

x x F

x xx x

x x x

x


Como en la estructura de Lewis los F tienen tres pares de electrones libres y unelectrón desapareado para unirse con el átomo de Xe, no tenemos conflictoelectrónico. En el caso de Xe, este requiere cuatro electrones desapareados paraunirse con F por lo tanto realizará dos transferencias electrónicas:

Y5,1,–1,–1/2 → Y5,2,0,1/2 Y5,1,0,–1/2 → Y5,2,2,1/2

2s 2px 2pz 2py5s 5px 5pz 5pyFXe

GEE Octaédrica

Ahora podemos aparear a los electrones

5s 5px 5pz 5py 5dx2– y2Xe 5dz2


2s 2px 2pz 2pyF

2s 2px 2pz 2pyF

2s 2px 2pz 2pyF

2s 2px 2pz 2pyF




El átomo de Xe tiene seis entidades electrónicas por lo que combinará seisorbitales atómicos (5s, 5px, 5pz, 5py, 5dx2– y2, 5dz2) para generar seis orbitaleshíbridos sp3d2.

GEE Octaédrica


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sp3 sp3 sp3 sp3F

Xesp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2 sp3d2


sp3 sp3 sp3 sp3F

sp3 sp3 sp3 sp3F

sp3 sp3 sp3 sp3F

sp3 sp3 sp3 sp3F

GEE Octaédrica

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Xe

FF

F F

s sp3d2(Xe)/sp3(F)


s sp3d2(Xe)/sp3(F)

Ion xenito, XeO44–


Xe 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6 O 1s22s22p4

El O aporta seis electrones, el Xe aporta ocho electrones pero la molécula tienecuatro electrones adicionales por lo que el número total de electrones será treintay seis. Si el átomo de Xe es el átomo central, entonces, la estructura de Lewisserá:

Xex x x xx x x xx x

x x

x xx x

x x

x x x x OO

GEE Octaédrica


CFXe = 8 – 4 – (8/2) = 0 CFO= 6 – 6 – (2/2) = – 1

Que la carga formal en el átomo de O sea 1– nos es conveniente pues así podemosjustificar la existencia de la carga en el anión molecular.

Dado que Xe tiene seis entidades electrónicas en su entorno, entonces, su GEEserá octaédrica y como de las seis entidades electrónicas cuatro están asociadascon enlaces, entonces, la GM será cuadrada.

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Xex x x x xx

Ox x

x x

x x

x x O

x xx x

x x x

x OO


Debido a la carga formal cada átomo de O estos átomos recibirán un electrón delinfinito (Y∞ → Y2,1,0,–1/2) por lo que tendremos tres pares de electrones libres y unelectrón desapareado para unirse con el átomo de Xe. En el caso de Xe, esterequiere cuatro electrones desapareados para unirse con O por lo tanto realizarádos transferencias electrónicas: Y5,1,–1,–1/2 → Y5,2,0,1/2, Y5,1,0,–1/2 → Y5,2,2,1/2

2s 2px 2pz 2py5s 5px 5pz 5pyOXe

GEE Octaédrica

Ahora podemos aparear a los electrones



2s 2px 2pz 2pyO

2s 2px 2pz 2pyO

2s 2px 2pz 2pyO

2s 2px 2pz 2pyO


2s 2px 2pz 2pyO


En el caso de los átomos de O estos tiene cuatro entidades electrónicas por lo quecombinará cuatro orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz, 2py) para generar cuatroorbitales híbridos sp3.

El átomo de Xe tiene seis entidades electrónicas por lo que combinará seisorbitales atómicos (5s, 5px, 5pz, 5py, 5dx2– y2, 5dz2) para generar seis orbitaleshíbridos sp3d2.

GEE Octaédrica


18

sp3 sp3 sp3 sp3O



sp3 sp3 sp3 sp3O

sp3 sp3 sp3 sp3O

sp3 sp3 sp3 sp3O

sp3 sp3 sp3 sp3O

GEE Octaédrica

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Xe–O

s sp3d2(Xe)/sp3(O)

s sp3d2(Xe)/sp3(O)s sp3d2(Xe)/sp3(O)

s sp3d2(Xe)/sp3(O)–O O–

O–

Ejercicio a resolver.

1) Para las siguientes moléculas con GEE octaédrica desarrolla:

A) Estructura de Lewis y carga formal en cada átomo.

B) Justificación de la estructura de Lewis empleando el modelo de cajas paracada átomo. Enfatiza la presencia de transferencias electrónicas.

C) Explicación de la GEE basada en la hibridación de los orbitales.

D) Geometría molecular con base en el átomo central.D) Geometría molecular con base en el átomo central.

E) Descripción de los enlaces.

Moléculas F5IO, BrF5, XeO64–, IF5, IF4–, IF6+, F4XeO2

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