Geometría molecular

Liceo Nº1 Javiera Carrera Dpto. de Química Prof. Francia Contreras / Paola Lizama

Guía de aprendizaje: “Geometría molecular” Nivel: 3° Medio Diferenciado Fecha: 3 de Septiembre 2012 La geometría molecular molecular se refiere a la organización organización tridimensi tridimensional onal de los átomos en las moléculas. Para predecir la geometría general de una molécula, se utiliza el modelo de la “Teoría de repulsió repulsión n de los pares pares electrón electrónicos icos de la capa capa de valenci valencia” a” (T.R.P.E (T.R.P.E.V) .V) , el cual postula que la geometría de una molécula puede ser determinada por la forma en que se distribuyen alrededor del átomo central los pares electrónicos de la capa de valencia (enlazantes y solitarios). Por lo tanto, la T.R.P.E.V. se centra en los grupos de pares de electrones entorno al átomo central de una molécula. Hay que recordar que los pares de electrones se repelen entre sí, tanto si corresponden a pares de electrones que participan en enlaces (pares enlazantes) como los que no están compartidos (pares solitarios). Los pares de electrones se disponen alrededor de un átom átomo, o, busc buscan ando do orie orient ntac acio ione ness tale taless que que mini minimi mice cen n las las repu repuls lsio ione ness entr entre e pare paress electrónicos. De estas orientaciones resultan las formas geométricas particulares de las moléculas. Es decir, la geometría molecular preferida es aquella en la cual los pares electrónicos minimizan su repulsión, por lo que la presencia de pares electrónicos no enlazantes en una molécula, significará significará una deformación de la geometría ideal. Recuer Recuerde de que la distri distribuc bución ión de los pares pares de electr electrone oness entorn entorno o al átomo átomo centra centrall se denominará geometría de los grupos de electrones y a la distribución geométrica de los núcleos atómicos, factor determinante de la forma molecular  geometría molecular . Todos los pares de electrones en torno al átomo central ocupan un lugar en el espacio. Sin embarg embargo o los pares pares solita solitario rioss repelen repelen en mayor mayor intens intensida idad d respec respecto to a los pares pares enlazantes. Dicha repulsión se traduce en una disminución del ángulo entre ligantes. La fuerza de repulsión disminuirá del siguiente modo: Par Solitario - Par Solitario > Par Solitario - Par Enlazante > Par Enlazante – Par  Enlazante

Para aplicar esta teoría se recomienda: 1. Identi Identific ficar ar el átomo átomo centra centrall 2. Dibujar Dibujar correct correctament amente e la estructura estructura de Lewis Lewis 3. Contar Contar los grupos grupos de electrones electrones en en torno al átomo átomo central central y clasifi clasificar car la molécula molécula según su geometría de grupo. 4. Esta Establ blec ecer er la la nota notaci ción ón AX AXnEm, siendo A átomo central, X átomos ligantes y E pares solitarios en torno al átomo central. n y m son números números enteros que que indican el n° de átomos átomos ligantes ligantes y el n° de pares libres respectivamente. 5. En fun funci ción ón de la la notac notació ión n AXnEm clasificar según geometría molecular en la tabla adjunta. Ejemplo:

De acuerdo a la estructura de Lewis para el amoníaco, se puede ver que el nitrógeno presenta un par electrónico no enlazante, el cual ejerce repulsión sobre los pares electrónicos enlazantes, logrando disminuir el ángulo entre los átomos de hidrógeno, haciendo que estos se acerquen. I.

Moléculas en las que el átomo central no tiene pares libres

Considerando la forma general AX nEm , resultan las siguientes geometrías básicas, donde el átomo central se encuentra sin pares electrónicos no enlazantes o solitarios. Grupos de electrones 2

Geometría de grupos Lineal

E

Notación VSEPR

 Ángulo enlace

2

0

AX2E0

180º

Lineal

3

0

AX3E0

120º

Trigonal plana

4

0

AX4E0

109,5º

Tetraédrica

Bipirámide Trigonal

Octaédrica

X

Estructura

Geometría Molecular 

Ejemplo E. Lewis

Ejemplo

Trigonal plana 3 Tetraédrica 4 Bipirámide trigonal 5

5

0

AX5E0

120º en base y 90º

6

0

AX6E0

90º y 180º

Octaédrica 6

Ejemplo: Determinar la geometría molecular del SiCl 4 Para determinar la geometría molecular a través del modelo T.R.P.E.V. , se debe establecer en primer lugar, la estructura de Lewis de la molécula de silicio. Esta molécula tiene en total 32 electrones de valencia, 4 del átomo de silicio y 28 por  parte de los cuatro átomos de cloro, los que quedan distribuidos de la siguiente manera:

En esta molécula cada átomo cumple con la regla del octeto, el silicio, como átomo central, no tiene pares electrónicos no enlazantes y forma cuatro enlaces covalentes simples con cloro, por lo tanto, el átomo de silicio tiene cuatro pares electrónicos enlazantes. La notación T.R.P.E.V. es AX4 lo que corresponde a una geometría molecular tetraédrica.

II.

Moléculas en las que el átomo central tiene pares libres

Las moléculas con pares electrónicos solitarios se representan con la fórmula general:  AXmEn, donde hay m ligantes (X) y n pares solitarios (E), se obtienen geometrías que se derivan de las anteriores. Grupos de electrones

Geometría de grupos

E

Notación VSEPR

 Ángulo enlace

2

1

AX2E1

Menor  que 120º

 Angular 

3

1

AX3E1

107º

Piramidal

2

2

AX2E2

104,9º

Tetraedro distorsionado (o balancín)

X

Trigonal plana 3

Tetraédrica

Estructura

Geometría Molecular 

Ejemplo E. Lewis

Ejemplo

4

4

1

AX4E1

Menos de 90º y menos de 120º

3

2

AX3E2

Menos de 90º

Forma de T

2

3

AX2E3

180º

Lineal

5

1

AX5E1

Menos de 90º

Pirámide de base cuadrada

4

2

AX4E2

90º

Cuadrado plano

Bipirámide trigonal 5

Octaédrica

Angular  

6

Por ejemplo: Si comparamos los ángulos de enlace en las moléculas de CH 4, NH3 y H2O,

podemos ver lo siguiente:

La presencia de un par electrónico no enlazante en el NH3 significa una reducción del ángulo tetraédrico de 109,5° a 107,3°. La presencia de un segundo par electrónico no enlazante provoca una diminución aún mayor del ángulo, que alcanza 104,5° en la molécula de agua.

Uso del modelo T.R.P.E.V. para predecir la forma de una molécula

Ejemplo 1: Prediga la geometría molecular del BrF 5 En primer lugar, dibujar la estructura de Lewis para el BrF 5, con la finalidad de determinar  que el átomo de bromo es el átomo central y presenta seis nubes electrónicas (5 pares electrónicos enlazantes y uno no enlazante).

Seis nubes electrónicas implican un arreglo en forma de octaedro: cinco átomos unidos y un par solitario le dan al BrF 5 la forma de una pirámide cuadrangular. Ejemplo 2: Determinar la geometría del CH 2CH2 En total la molécula tiene 12 electrones de valencia, cada carbono aporta cuatro y cada hidrógeno un electrón de valencia, por lo que su estructura de Lewis es:

Hay que recordar que el átomo del carbono tiene la capacidad de formar enlaces simples, dobles y triples C – C. En cada caso, los carbonos enlazados adquieren una geometría específica, las cuales se presentan en el siguiente cuadro: Tipo de enlace

Geometría

 Ángulo

Enlace simple C - C

Tetraédrica

109,5°

Enlace doble C=C

Trigonal plana

120°

Enlace triple C Ξ C

Lineal

180°

De acuerdo a la información anterior, entonces la molécula de CH2CH2 presenta geometría trigonal plana. Ejercicios

I.- Prediga cuál es la geometría molecular para las siguientes especies: 1.- PH3

2.- CS2

3.- SO3

4.- CO2

5.- HCOOH

6.- NO2

7.- O3

8.- H2S