GC 5 Geometria Molecular

Preuniversitario Solidario
Santa María
Guía N°5, Común.
Geometría Molecular.
La disposición espacial que adoptan las moléculas no es antojadiza. Ciertamente, la
estabilidad de un sistema molecular y macromolecular está dada, en gran parte por la forma
en la cual se establecen los enlaces y las interacciones moleculares.
Esta estructura espacial de las moléculas se denomina Geometría Molecular y tiene
importantes efectos en las propiedades físicas y químicas del compuesto, como son la
polaridad, reactividad, actividad farmacológica, entre otros.
El enlace iónico surge como una atracción solamente electrostática entre iones de cargas
opuestas. La formación de una red cristalina es la resultante de un balance de fuerzas
atractivas y repulsivas de los iones. Si el cristal es sometido a tensiones o es fundido pierde su
ordenamiento.
En una molécula covalente el conjunto de los enlaces le dan una geometría determinada
a la molécula, que se mantiene sin grandes variaciones, aún cuando se someta al compuesto a
cambios de estado.
A partir de 1957 R.J. Gillespie y R.S. Nyholm desarrollaron un modelo basado en el
criterio electrostático. Esta teoría establece lo siguiente: “Los pares de electrones de
valencia en torno a un átomo, se ubican en las posiciones más extremas que hacen
mínimas las repulsiones” (Modelo RPENV). Cabe recordar que los electrones se repelen
por simple ley de cargas iguales.
Determinación de Geometrías moleculares.
Para reconocer la geometría molecular se pueden
seguir los siguientes pasos:
1.
2.
3.
4.
5.
Determinar la estructura de Lewis de la molécula.
Determinar el número total de pares de electrones
no enlazantes (pares alrededor del átomo central
que no están unidos a otro átomo).
Determinar el número total de pares de electrones
enlazantes (pares alrededor del átomo central que
están unidos a otro átomo).
Considerar cada enlace múltiple (doble y triple)
como un par de electrones enlazantes.
Determinar la geometría según la Tabla, en base a los
pares enlazantes y no enlazantes.
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Demostración de estructura de
Lewis con sus pares de electrones
respectivos.
Actividad 1:
Investigar otros tipos de geometría
molecular, aparte de los anotados
en la tabla adjunta a la guía.
Establecer geometría, ángulos de
separación, tipos de moléculas, etc.
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Para entender mejor la relación que existe entre las distintas geometrías moleculares
utilizaremos modelos en donde se muestre trazos con un par de puntos cada uno, que
representan los orbitales con sus pares de electrones, utilizaremos la siguiente notación para
describir la geometría molecular:
A: átomo central
B: átomos unidos al átomo central.
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Efecto de la geometría sobre la polaridad de la molécula:
Habíamos visto que en un enlace covalente se comparten electrones por partes
que, en principio, pertenecen por igual a los átomos que participan en el enlace, pero solo
sucede si ambos átomos son iguales y, por tanto, de la misma electronegatividad (por ejemplo
en H2 ó F2). Pero cuando ambos átomos son distintos, por tanto diferente electronegatividad,
el átomo más electronegativo atraerá con más intensidad el par (o los pares) de
electrones del enlace covalente y se formará un enlace polar (porque tiene polos eléctricos
con cargas parciales δ+ y δ-), por ejemplo en HCl, que podemos apreciar:
La polaridad de un enlace se mide por el momento
dipolar y es una magnitud vectorial. No debe confundirse
polaridad de los enlaces con la polaridad de la
molécula, aunque en moléculas diatómicas coinciden
porque solo hay un enlace, la polaridad de una molécula con
2 o más enlaces es la suma vectorial de todos los dipolos
que forman la molécula.
En moléculas simétricas como CO2 y CCl4, aunque
los enlaces son polares la molécula, en su conjunto, es
apolar, porque la suma vectorial de los momentos
dipolares es cero.
En una molécula asimétrica como H2O, al no
anularse los momentos dipolares, la molécula es polar.
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¿Sabías qué…
aquellas sustancias POLARES, son
HIDROFÍLICAS, es decir reaccionan
o tienen afinidad con el agua, y
todas aquellas sustancias APOLARES
son HIDROFÓBICAS, por tanto no
reaccionan con el agua.
Actividad 2:
Identificar, según la geometría
simétrica o asimétrica de las
siguientes moléculas, si son polares
o apolares (puedes ayudarte con la
estructura de Lewis): CH4, BeF2, AlF3
y CH3F
¿Sabías qué…
SIEMPRE una molécula ASIMÉTRICA
es POLAR, y una SIMÉTRICA es
APOLAR?
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Efecto de electrones enlazantes sobre los ángulos de enlace:
A medida que aumenta el número de
átomos alrededor del átomo central de la
molécula, las repulsiones entre pares de
electrones
hacen
que
los
átomos
constituyentes tiendan a ocupar la posición
que los ubique más lejos de otro átomo.
Esto hace que el ángulo de enlace
disminuya, a medida que aumenta la
cantidad de átomos en torno al átomo
central.
En general, se espera que para una
geometría lineal, el ángulo de separación
sea de 180°. Para una geometría plana
trigonal, se espera que el ángulo sea 120 °,
y que para una geometría tetraédrica sea
109,5°.
Efecto de los electrones no enlazantes sobre los ángulos de enlace:
Consideremos el metano CH4, el amoniaco NH3, y el agua H2O. Los tres tienen cuatro
pares de electrones alrededor del átomo central. Sin embargo, sus ángulos de enlace
muestran pequeñas diferencias:
Se observa que los ángulos de enlace disminuyen conforme aumenta el número de pares
de electrones no enlazantes. El resultado es que los pares de electrones no enlazantes ejercen
fuerzas de repulsión más intensas sobre los pares de electrones adyacentes y por ello tienden
a comprimir los ángulos que hay entre los pares enlazantes.
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Moléculas con más de un átomo central
Los iones y moléculas que hemos considerado hasta ahora contienen un solo átomo
central. Sin embargo, el modelo TRPENV se puede extender fácilmente a moléculas más
complejas. Consideremos la molécula del ácido acético, cuya estructura de Lewis es:
Por ello, la geometría alrededor de ese átomo es plana trigonal. El átomo de O tiene
cuatro pares de electrones, lo que da una geometría de pares de electrones tetraédrica. Sin
embargo, sólo dos de esos pares son enlazantes, así que la geometría molecular alrededor del
O es angular. La geometría completa de la molécula se muestra en la siguiente figura.
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Ejercicios
1. ¿Cuál(es) de las siguientes moléculas es (son) lineales? H2S, CO2, O3
A) Sólo H2S.
B) Sólo CO2.
C) Sólo O3.
D) Sólo CO2 y O3.
E) H2S, CO2 y O3.
2. ¿Cuál es la geometría de la molécula de CS2?
A) Angular.
B) Lineal.
C) Tetraédrica.
D) Trigonal plana.
E) Piramidal.
3. El metano y sus derivados clorados tienen una estructura tetraédrica en
torno al carbono. Dada las siguientes moléculas:
CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 y CCl4
Se puede afirmar que:
A) son todas polares.
B) son todas apolares.
C) sólo son polares CH3Cl, CH2Cl2 y CHCl3
D) sólo son apolares CH4, CH2Cl2 y CCl4
E) sólo CH4 es apolar.
4. La geometría espacial del borano BH3 es:
A) lineal.
B) angular.
C) trigonal.
D) piramidal.
E) tetraédrica.
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5. El conocimiento de las estructuras espaciales de las moléculas de agua, H2O,
y de metano, CH4, permite inferir que
I)
II)
III)
el agua es polar y el metano es apolar.
el metano debe tener mayor punto de ebullición que el agua.
a temperatura y presión ambiente el metano es soluble en agua.
Es (son) correcta(s)
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) Sólo I y III.
E) I, II y III.
6. La molécula de dióxido de azufre (SO2) es polar porque:
I)
II)
III)
es angular
las electronegatividades del azufre y del oxígeno son distintas.
tiene un déficit de electrones de valencia en sus átomos.
Es (son) correcta (s):
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) Sólo I y II.
E) I, II y III.
7. La única molécula con momento dipolar (polar) tiene que ser:
A) SiH4
B) BeH2
C) CO2
D) H2S
E) C2H2
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