Geometría de las moléculas: Postulados de la TREPEV

Para conocer los ángulos de enlace de los átomos que forman una determinada molécula y luego deducir si esta es o no polar, es necesario analizar la disposición espacial de sus átomos, es decir, su geometría molecular. Se han propuesto varios modelos teóricos para deducir la geometría de una molécula. Uno de los más sencillos es la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TRePEV), basada en el número de pares de electrones de valencia (los electrones del nivel más externo de un átomo, que se simbolizan en las estructuras de Lewis) dispuestos alrededor del átomo central de una molécula.

Los postulados básicos de la TRePEV son cuatro:

1. El factor determinante de la geometría de una molécula es el número de pares de electrones de valencia (compartidos y no compartidos) alrededor del átomo central.2. Los pares de electrones (compartidos y no compartidos) se repelen entre sí y se distribuyen espacialmente a la mayor distancia angular posible.3. Los pares de electrones no compartidos "ocupan" mayor lugar en el espacio que los pares de electrones compartidos.4. A los fines de la determinación de la geometría molecular, los dobles y triples enlaces se consideran simples.

Para determinar las geometrías moleculares y la distribución de los pares de electrones, se consideran tres tipos de moléculas.

Moléculas cuyos pares de electrones alrededor del átomo central están todos compartido.Moléculas con pares de electrones sin compartir alrededor del átomo central.Moléculas con dobles y triples enlaces alrededor del átomo central.

Geometría de las moléculas: Moléculas cuyos pares de electrones alrededor del átomo central están todos compartidos

En el caso del CH4, la mayor distancia angular a la que se pueden distribuir espacialmente cuatro pares de electrones es de 109°, formando una figura tridimensional regular de cuatro caras triangulares, el tetraedro. Para este tipo de moléculas, la geometría molecular coincide con la distribución espacial de los pares de electrones (llamada también geometría electrónica).

Pares de electrones

compartidosEjemplo

Estructura de Lewis

Distribución de los átomos

Ángulo de

enlace α

Geometría molecular

Geometría electrónica

igual

2 (excepción del octeto) BeF2 180º Lineal  

3 (excepción del octeto) BF3 120º Plana

trigonal

4 CH4 109,5º Tetraédrica

1 - Indicar la geometría molecular y electrónica:

a) BeH2 b) BH3 c) CCl4

d) BeCl2 e) BI3 f) NH4+

g) ZnBr2 h) AlCl3 i) SO4=

j) CdI2 k) NO3- l) BF4

-

ll) C2H2 m) CO3=

Geometría de las moléculas: Moléculas con pares de electrones sin compartir alrededor del átomo central

En estos casos, en un primer paso se establece la distribución de todos los pares de electrones (compartidos y no compartidos), conocida como geometría electrónica. Luego se determina la geometría de la molécula teniendo en cuenta el postulado 3: como los pares de electrones no compartidos "ocupan" mayor lugar en el espacio, los ángulos de enlace entre los átomos serán menores que los ángulos en ausencia de pares sin compartir.

Números, tipo de

enlaces y pares de

electrones

EjemploEstructura de

LewisDistribución de

electrones

Ángulo de

enlace α

Pares de electrones

Geometría molecular

3 pares compartidos;

1 par sin compartir

NH3

Menor que

109,5ºTetraédrica Piramidal

2 pares compartidos; 2 pares sin compartir

H2OMenor que

109,5ºTetraédrica Angular

Geometría de las moléculas: Moléculas con dobles y triples enlaces alrededor del átomo central

2 - ¿Qué características tiene la Bipiràmide triangular y la Octaédrica?

Angulos de 90 y 120 ; Angulos de 90 y 180

MoléculaEstructura

de Lewis Enlaces

Pares

solitarios

Geometría

molecular

BeCl2 2 0lineal

BF3 3 0

triangular plana

Números, tipo de enlaces y

pares de electrones

Ejemplo Estructura de Lewis

Distribución de electrones

Ángulo de

enlace α

Pares de electrones

Geometría molecular

2 dobles enlaces (para TREPEV se consideran dos

enlaces simples)

CO2 180º Lineal Lineal

1 doble enlace (para TREPEV se considera enlace simple); 1 enlace dativo; 1 par de electrones sin

compartir

SO2Menor

que 120ºPlana

trigonal Angular

CH4 4 0

tetraédrica

PCl5 5 0

bipirámide trigonal

SF6 6 0

octaédrica

SnCl2 2 1

angular

NH3 3 1

pirámide trigonal

H2O 2 2

angular

SF4 4 1

tetraedro deformado o balancín

ClF3 3 2 forma de T

I3- 2 3

lineal

BrF5 5 1

pirámide cuadrada

XeF4 4 2

plano-cuadrada

CO2 2 0lineal

  C2H4  

3

(cada carbono)

  0

triangular plana(en torno de cada carbono)

  SOF4

 

5 0 

bipirámide trigonal

  XeO2F2

  4

  1

balancín

3 - Indicar la geometría molecular y electrónica:

a) PH3 b) NH2 c) PbCl2 d) PF5 e) SF6

f) PF3 g) SCl2 h) SnCl2 i) AsF5

j) H3O+ k) H2S

Rta: Piramidal < 109,5Angular <109,5 Angular <120 Bipiramide Octaédrica

90 y 120 90 y 180

4 – Ejercicios de repaso: Determinar la geometría molecular y los ángulos que forma:

a) AsH3

b) NO3-

c) PH3

d) H2Se) CO2

f) NO2-

g) Br2Oh) BrHi) SiO2

j) I2Ok) SO2

l) H2

ll) CBr4

m) SCl6

n) BCl3

ñ) NF5

Modelos moleculares: Introducción a los modelos moleculares

La Teoría de Hibridación de Orbitales postula que, para ciertos átomos, tienen lugar combinaciones entre sus orbitales de diferentes subniveles de energía, y como resultado de ello se obtienen orbitales híbridos, de energía y formas intermedias y con diferentes orientaciones espaciales con respecto a los originales. A partir de un número n de orbitales ordinarios se obtienen siempre n orbitales híbridos. Este modelo teórico complementa y a la vez es una aplicación de la TRePEV, ya que para explicar cómo se distribuyen espacial mente los orbitales híbridos debe basarse en la geometría predicha por esa teoría.

Geometría Molecular (según TREPEV)

Número de orbitales híbridos

Tipo de hibridación

Representación

Tetraédrica 4 sp3

Plana trigonal 3 sp2

Lineal 2 sp

Modelos moleculares: Introducción a los modelos moleculares

En ciencias experimentales como la Química, para intentar explicar los datos o evidencias que surgen de la observación de los fenómenos naturales, frecuentemente se emplean los modelos teóricos. Como la observación en ciencias no consiste únicamente en "mirar", estos modelos se basan en supuestos básicos o fundamentales, aceptados en general por toda la comunidad científica. Los modelos teóricos tienen alcances pero también limitaciones, ya que muchas veces algunos de sus postulados son simplificaciones o recortes de la realidad. La TRePEV se basa en los postulados básicos de la Teoría Atómico Molecular clásica y en el modelo atómico sencillo (como se estudia en el capítulo 3). Esta teoría permite predecir la forma de las moléculas en función del número de pares de electrones alrededor del átomo central de ellas, suponiendo que los electrones compartidos se localizan en una zona intermedia entre los átomos que se unen. Pero si se parte del modelo atómico probabilístico (o moderno), según el cual los electrones se ubican en zonas de máxima probabilidad (los orbitales), la TRePEV no da respuestas cuando se desea explicar la disposición espacial de esos orbitales; por consiguiente, es preciso recurrir a otras teorías.Modelos moleculares: Tipos de hibridación de orbitales del átomo de carbono

Hay tres tipos.a) Hibridación de orbitales del átomo de carbono cuando se une a cuatro átomos. Por la combinación lineal de un orbital s y tres orbitales p, se generan cuatro orbitales híbridos sp3.

Hibridación tetraédrica

b) Hibridación de orbitales del átomo de carbono cuando se une a tres átomos. Por la combinación lineal entre un orbital s y dos orbitales p, se generan tres orbitales híbridos sp2

Hibridación plana trigonal

Modelos moleculares: Tipos de hibridación de orbitales del átomo de carbono

c) Hibridación de orbitales del átomo de carbono cuando se une a dos átomos. Por la combinación lineal de un orbital s y un orbital p, se generan dos orbitales híbridos sp.

Hibridación lineal.