Geometría molecular

Liceo Nº1 Javiera CarreraDpto. de QuímicaProf. Francia Contreras / Paola Lizama

Guía de aprendizaje: “Geometría molecular”Nivel: 3° Medio DiferenciadoFecha: 3 de Septiembre 2012

La geometría molecular se refiere a la organización tridimensional de los átomos en las moléculas.

Para predecir la geometría general de una molécula, se utiliza el modelo de la “Teoría de repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia” (T.R.P.E.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 átomo, buscando orientaciones tales que minimicen las repulsiones entre pares 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 una deformación de la geometría ideal.

Recuerde que la distribución de los pares de electrones entorno al átomo central 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 embargo los pares solitarios repelen en mayor intensidad respecto a los 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. Identificar el átomo central2. Dibujar correctamente la estructura de Lewis3. Contar los grupos de electrones en torno al átomo central y clasificar la molécula

según su geometría de grupo.4. Establecer la notación AXnEm, siendo A átomo central, X átomos ligantes y E pares

solitarios en torno al átomo central. n y m son números enteros que indican el n° de átomos ligantes y el n° de pares libres respectivamente.

5. En función de la notación 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 AXnEm , resultan las siguientes geometrías básicas, donde el átomo central se encuentra sin pares electrónicos no enlazantes o solitarios.

Grupos de electrones

Geometría de grupos

XE

Notación VSEPR

Ángulo enlace

EstructuraGeometría Molecular

Ejemplo

E. Lewis Ejemplo

2Lineal

2 0 AX2E0 180º Lineal

3

Trigonal plana

3 0 AX3E0 120º Trigonal plana

4

Tetraédrica

4 0 AX4E0 109,5º Tetraédrica

5

Bipirámide trigonal

5 0 AX5E0

120º en

base y 90º

Bipirámide Trigonal

6

Octaédrica

6 0 AX6E090º y 180º

Octaédrica

Ejemplo: Determinar la geometría molecular del SiCl4

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

XE

Notación VSEPR

Ángulo enlace

EstructuraGeometría Molecular

Ejemplo

E. Lewis Ejemplo

3

Trigonal plana

2 1 AX2E1

Menor que 120º

Angular

4

Tetraédrica 3 1 AX3E1 107º Piramidal

2 2 AX2E2 104,9º Angular

5

Bipirámide trigonal

4 1 AX4E1

Menos de 90º

y menos

de 120º

Tetraedro distorsionado (o

balancín)

3 2 AX3E2Menos de 90º

Forma de T

2 3 AX2E3 180º Lineal

6

Octaédrica 5 1 AX5E1Menos de 90º

Pirámide de base cuadrada

4 2 AX4E2 90º Cuadrado plano

Por ejemplo: Si comparamos los ángulos de enlace en las moléculas de CH4, 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 BrF5

En primer lugar, dibujar la estructura de Lewis para el BrF5, 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 BrF5 la forma de una pirámide cuadrangular.

Ejemplo 2: Determinar la geometría del CH2CH2

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