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Recuerda que a partir de la geometría triangular (GEE) se pueden derivar tresgeometrías moleculares (GM) en función del número de pares de electrones libresen el átomo central.
GM: Triangular GM: Angular <120° GM: Lineal(0 par libre) (1 par libre) (2 pares libres)
GEE Triangular120.0°
En esta ocasión presentaremos la descripción para moléculas cuyageometría asociada con las entidades electrónicas (GEE) estriangular.
(0 par libre) (1 par libre) (2 pares libres)
Las moléculas que serán analizadas en esta presentación serán:
• Trifluoruro de boro, BF3
• Dióxido de azufre, SO2
• Ion carbonato, CO32–
• Ion nitrato, NO3–
• Ozono, O3 1
120.0° < 120.0°
Trifluoruro de boro, BF3.
Obtengamos primero la configuración electrónica de cada átomo.
B 1s22s22p1 F 1s22s22p5
El B aporta tres electrones y el F siete electrones, por lo que el número total deelectrones será veinticuatro. Si el átomo de B es el átomo central, entonces, laestructura de Lewis será:
F B Fx x x xx x
x x
x x
x x
x xx x
x
GEE Triangular
El valor de la carga formal en cada átomo es:
CFB = 3 – 0 – (6/2) = 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 B tiene tres entidades electrónicas en su entorno, entonces, su GEEserá triangular y como las tres entidades electrónicas están asociadas conenlaces, entonces, la GM será triangular. 2
F B Fx x x x x x
Fx x
x x
x x
x x
Ahora pensemos en el modelo de cajas de cada átomo para explicar la estructurade Lewis.
B F
Como en la estructura de Lewis los electrones se comparten, podemos ver que enel caso de F no tenemos conflicto pues ya existen los tres pares de electrones librey un electrón desapareado pero en B se requiere de tres electrones desapareadospor lo que será requerido realizar la transferencia electrónica Y2,0,0,–1/2 → Y2,1,0,1/2,con lo que el arreglo electrónico en B será:
2s 2px 2s 2px 2pz 2py
GEE Triangular
B
Ahora podemos aparear el electrón de cada F con los electrones de B.
3
B
2s 2px 2pz
2s 2px 2pz 2s 2px 2pz 2py2s 2px 2pz 2py
2s 2px 2pz 2py
F F
F
La “unión” de orbitales es arbitraria
Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE triangular ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.
En el átomo de B se tiene tres entidades electrónicas en su entorno así que deberácombinar tres orbitales (2s, 2px, 2pz) para obtener tres orbitales híbridos sp2.
En el átomo de F se tienen cuatro entidades electrónicas, tres pares de electronesy un enlace, por lo tanto combinará cuatro orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz, 2py)para generar cuatro orbitales híbridos sp3.
GEE Triangular
B F
Ahora podemos describir los enlaces.
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Bsp3 sp3 sp3 sp3Fsp2 sp2 sp2
Bsp2 sp2 sp2 sp3 sp3 sp3 sp3sp3 sp3 sp3 sp3
sp3 sp3 sp3 sp3
F F
F
GEE Triangular
Bs sp2
(B)/sp3(F)
s sp2(B)/sp3
(F)F F
F
Recuerda que en la “descripción de enlace” debe observarse la geometríamolecular, en este caso triangular, además de que los pares de electrones de
s sp2(B)/sp3
(F)
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molecular, en este caso triangular, además de que los pares de electrones deenlace son sustituidos por líneas y los pares de electrones libres no se escriben.
Dióxido de azufre, SO2.
Obtengamos primero la configuración electrónica de cada átomo.
S 1s22s22p63s23p4 O 1s22s22p4
El S aporta seis electrones al igual que O, por lo que el número total de electronesserá dieciocho. Si el átomo de S es el átomo central, entonces, la estructura deLewis será:
GEE Triangular
O S Ox x x xx x
x x
x x
x x
x xx x
x x
Como S no tiene porque cumplir “el octeto”, calcularemos la carga formal en cadaátomo:
CFS = 6 – 2 – (4/2) = 2 CFO = 6 – 6 – (2/2) = –1
El hecho de que las cargas formales sean diferentes de cero y la molécula neutra,nos estaría indicando que nuestra estructura de Lewis es incorrecta. Por ellobuscaremos la opción de disminuir los valores de la carga formal hasta que encada átomo todos los valores sean cero.
6
x x
Si analizamos con detalle, S es 2+ y cada O es 1– por lo que si formamos “enlacesdobles” entre S y O, moviendo un par de electrones libres de cada O, tenemos:
Como se modificaron los entornos electrónicos, necesitamos calcular nuevamentela carga formal en cada átomo:
CFS = 6 – 2 – (8/2) = 0 CFO = 6 – 4 – (2/2) = 0
Con esta nueva disposición de los pares de electrones logramos que la carga
GEE Triangular
x xO S Ox xx x
x x
x x
x xx x
x xx x
Con esta nueva disposición de los pares de electrones logramos que la cargaformal en cada átomo sea cero, lo cual es congruente con el hecho de que lamolécula es neutra. Por lo tanto, podemos decir que nuestra estructura de Lewises correcta.
Observa que los O que tienen un enlace sencillo siempre tendrán una carga formal1– pero los O que tienen un “enlace doble” tienen carga formal de cero. Este tipode detalles te ayudarán a escribir estructuras de Lewis de forma muy rápida.
Dado que S tiene tres entidades electrónicas en su entorno, dos “enlaces dobles” yun par de electrones libre, entonces, su GEE será triangular y como de las tresentidades electrónicas sólo dos son enlaces, entonces, la GM será angular menor a120.0 grados.
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Ahora pensemos en el modelo de cajas de cada átomo para explicar la estructurade Lewis.
S O
Como en la estructura de Lewis el O tiene dos pares de electrones libres y doselectrones desapareados para compartir con S, entonces en O no tenemosconflicto.
En el caso de S, en la estructura de Lewis se observa que existe un par deelectrones libres y cuatro electrones desapareados, dos para cada átomo de O, porlo que será requerido realizar una transferencia electrónica. Sin embargo, para
GEE Triangular
3s 3px 3pz 3py 2s 2px 2pz 2py
lo que será requerido realizar una transferencia electrónica. Sin embargo, paralograr tener los cuatro electrones desapareados necesitamos de otro orbitalatómico en S.
Dado que la configuración de S termina en el número cuántico principal n = 3,podemos hacer uso de los orbitales atómicos 3d que están vacíos.
Este hecho, la existencia de orbitales d vacios para los elementos representativosque terminan su configuración electrónica en el número cuántico principal n ≥ 3,nos permite explicar la gran cantidad de enlaces que estos elementos puedenformar. De hecho, este es el motivo por el cual entendemos que los elementos B,C, N, O y F no puedan tener más de ocho electrones en su entorno electrónico, yaque el orbital 2d no existe y estos átomos solo tienen disponibles los orbitales 2s,2px, 2pz y 2py… máximo ocho electrones, la conocida “regla del octeto”. 8
Dado lo anterior, en el S la transferencia electrónica será Y3,1,1,–1/2 → Y3,2,2,1/2, conlo que el arreglo electrónico en S queda de la siguiente forma.
Cabe mencionar que la transferencia electrónica podría realizarse del orbital 3s yno del 3px y podría ser transferido a cualquiera de los cinco orbitales atómicos 3d.
Ahora podemos aparear los electrones de O con los electrones de S.
GEE Triangular
3s 3px 3pz 3py 3dx2– y
2S
Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE triangular ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.
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3s 3px 3pz 3py 3dx2– y
2
S
2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2pyOO
La “unión” de orbitales es arbitraria
En el átomo de S se tiene tres entidades electrónicas en su entorno, dos “enlacesdobles” y un par de electrones libres, así que combinará tres orbitales atómicos(3s, 3px, 3pz) para obtener tres orbitales híbridos sp2. Los orbitales 3py y 3dx
2– y
2 semantendrán “puros”.
En el átomo de O se tiene tres entidades electrónicas, dos pares de electroneslibres y un “enlace doble” así que también combinará tres orbitales atómicos(2s, 2px, 2pz) para generar tres orbitales híbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá“puro”.
GEE Triangular
S O
Ahora podemos describir los enlaces.
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sp2 sp2 sp2 3py 3dx2– y
2S
sp2 sp2 sp2 2pyO
sp2 sp2 sp2 3py 3dx2– y
2
S
sp2 sp2 sp2 2py
Osp2 sp2 sp2 2py
O
La “unión” para la contribución p es arbitraria
En la “descripción de enlace” se observa que la molécula tiene asociada unageometría molecular, GM, angular menor a 120.0 grados.
Pero la estructura anterior no coincide con la evidencia experimental así quedescribiremos otra estructura de Lewis para SO en la que no se emplea el orbital
GEE Triangular
S
s sp2(S)/sp2
(O)O O
s sp2(S)/sp2
(O)
p 3py(S)/2py(O) p 3dx2– y
2(S)/2py(O)
describiremos otra estructura de Lewis para SO2 en la que no se emplea el orbital3d en azufre.
Para explicar la segunda estructura de Lewis retomaremos la estructura de Lewisantes de formar los “enlaces dobles”.
Con la intención de obligar que todos los átomos cumplan el “octeto” de Lewisúnicamente formaremos un “enlace doble” con un oxígeno. Pero como el par deelectrones puede provenir de cualquier O podemos pensar que existen estructurasresonantes.
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O S Ox x x xx x
x x
x x
x x
x xx x
x x
O S Ox xx x
x x
x x
x x
x x
x xx xx x O S Ox x x
x x x
x x
x x
x x
x xx xx x
GEE TriangularSi calculamos la carga formal en cada átomo para una estructura, tenemos:
CFS = 6 – 2 – (6/2) = 1
CFO(sencillo) = 6 – 6 – (2/2) = –1 CFO(doble) = 6 – 4 – (2/2) = 0
En este caso como estamos obligando a que se cumple el “octeto” en S, entonces,debemos de explicar la existencia de cargas formales diferentes de cero en elátomo de S y en el átomo de O que tiene el enlace sencillo.
La única forma de explicar este par de cargas, respetando el “octeto” en S, es la
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La única forma de explicar este par de cargas, respetando el “octeto” en S, es laexistencia de un enlace covalente coordinado en el que el átomo de S dona un parde electrones para formar el enlace sencillo con O.
Observa que independientemente de que ahora se está describiendo una nuevadistribución de electrones, el átomo de S tiene tres entidades electrónicas en suentorno, un “enlace doble”, un enlace sencillo (enlace covalente coordinado) y unpar de electrones libre, entonces, su GEE será triangular y como de las tresentidades electrónicas sólo dos son enlaces, entonces, la GM será angular menor a120.0 grados.
La geometría molecular no se modifica con la propuesta de otra estructura deLewis.
Analicemos ahora el modelo de cajas para todos los átomos.
Dado lo anterior, en el átomo de S ya no existirá transferencia electrónica pues yatiene dos pares de electrones, uno que será libre y otro que formará el enlacecovalente coordinado, y dos electrones desapareados para formar el “enlace doble”.
En el caso de los átomos de O, al tener diferente tipo de enlace tendrá que hacerseun análisis individual. El caso del átomo de O con el “enlace doble” este tiene dospares de electrones libres y dos electrones desapareados para formar el “enlacedoble” así que este átomo ya tiene la disposición de los electrones requerida. Elcaso del átomo de O con el enlace covalente coordinado requiere tener un orbital
GEE Triangular
caso del átomo de O con el enlace covalente coordinado requiere tener un orbitalvacío ,para recibir el par de electrones proveniente de S, por lo tanto, en este Orealizaremos una transferencia electrónica Y2,1,–1,1/2 → Y2,1,0,–1/2. Observa que conesta transferencia electrónica, el átomo de O queda con los tres pares deelectrones que se proponen en la estructura de Lewis.
Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE triangular ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.
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2s 2px 2pz 2py
O
En el átomo de S se tiene tres entidades electrónicas en su entorno, dos enlaces,un “enlace doble” y un enlace covalente coordinado así como un par de electroneslibres, así que combinará tres orbitales atómicos (3s, 3px, 3pz) para obtener tresorbitales híbridos sp2. El orbital 3py se mantendrá “puro”.
En los átomos de O se tendrán dos combinaciones de orbitales atómicos dado queexisten dos distribuciones de electrones diferentes. En el átomo de O con el“enlace doble” se tienen tres entidades electrónicas, dos pares de electrones libresy un “enlace doble” así que combinará tres orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz) paragenerar tres orbitales híbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá “puro”. En el casodel átomo de O con el enlace covalente coordinado existen cuatro entidades
GEE Triangular
del átomo de O con el enlace covalente coordinado existen cuatro entidadeselectrónicas, un enlace y tres parres de electrones, por lo tanto combinará cuatroorbitales atómicos (2s, 2px, 2pz, 2py) para generar cuatro orbitales híbridos sp3.
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sp2 sp2 sp2 3pyS
sp2 sp2 sp2 2pyO(doble)
sp3 sp3 sp3 sp3O(sencillo)
Ahora podemos describir los enlaces.
GEE Triangular
sp2 sp2 sp2 3py
S
sp3 sp3 sp3 sp3
O(sencillo)
sp2 sp2 sp2 2py
O(doble)
s sp2(S)/sp3
(O)O O
s sp2(S)/sp2
(O)
Esta última descripción nos haría pensar que existen entonces en la molécula SO2
dos diferentes enlaces entre S y O, un “enlace doble” y un enlace covalentecoordinado, que tendrían diferente longitud de enlace pero la evidenciaexperimental muestra que la longitud de enlace entre S y O es la misma para losdos enlaces. Para librar esta “discrepancia” entre la evidencia experimental y laestructura de Lewis propuesta en la que se “obliga” al sistema a cumplir con el“octeto” recurrimos a la existencia de estructuras resonantes.
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S
s sp (S)/sp (O)O O
s sp (S)/sp (O)
p 3py(S)/2py(O)
Las dos posibles estructuras resonantes que se escribieron son:
La evidencia experimental dicta que esta estructura de Lewis es la estructuracorrecta para describir al SO2 y no aquella en la que se propone la existencia dedos dobles enlaces entre S y O.
La característica experimental que nos permite establecer dicha conclusión es la
GEE Triangular
SO O
SOO
SOO
Híbrido de resonancia
[ ]
La característica experimental que nos permite establecer dicha conclusión es lalongitud de enlace en la molécula SO2 cuyo valor es ~1.4 Å. Para tener una mejornoción de las implicaciones de este valor en la longitud de enlace, comparemoscon la longitud de enlace entre S y O en un “enlace doble” (~1.3 Å) y en un enlacesencillo (~1.6 Å).
Como puedes ver, la longitud de enlace experimental en SO2 es menor que aquelladel enlace sencillo pero mayor a la del “enlace doble”, por eso la existencia de lasestructuras resonantes es aceptable.
Conclusión: Puedes plantear muchas estructuras de Lewis pero siempre tendrásque cotejar con la evidencia experimental para saber si es correcta. Recuerda laregla 7… somos Q y nada es más poderoso que la evidencia experimental.
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Ion carbonato, CO32–.
Obtengamos primero la configuración electrónica de cada átomo.
C 1s22s22p2 O 1s22s22p4
El C aporta cuatro electrones y el O aporta seis electrones pero la molécula tieneuna carga 2–, por lo que el número total de electrones será veinticuatro. Si elátomo de C es el átomo central, entonces, la estructura de Lewis será:
GEE Triangular
O C Ox x x xx x
x x
x x
x x
x xx x
[ ]
Pero en la estructura propuesta el C no tiene ocho electrones así que tomaremosun par de electrones de un oxígeno para formar un “enlace doble”. Como el par deelectrones puede provenir de cualquier oxígeno, entonces, existirán estructurasresonantes.
O C Ox x x xx x x x x x
Ox x
x x
x x
x x
O C Ox x x x
Ox x x x
x xx x
x x
x x
x x
x x
x x
O C Ox x x x
Ox x x x
x xx x
x x
x xx x
x x
x x
O C Ox x x x
Ox x x x
x x
x x
x xx x
x x
x x
x x
x xx x
x xO C Ox x
Ox x
x x2–
Híbrido de resonancia 17
Para continuar con la descripción que hemos estado realizando deberemos deelegir una de las tres estructuras de Lewis, no el híbrido de resonancia, así quetomemos arbitrariamente una de ellas.
Si calculamos la carga formal en cada átomo para esta nueva estructura, tenemos:
CFC = 4 – 0 – (8/2) = 0
GEE Triangular
O C Ox x x x
Ox x x x
x xx x
x x
x xx x
x x
x x x
x
CFO(sencillo) = 6 – 6 – (2/2) = –1 CFO(doble) = 6 – 4 – (2/2) = 0
Debe notarse que tenemos dos O, los de enlace sencillo, que tienen carga formalde 1– lo cual es adecuado pues la molécula tiene carga 2–. Además, el C y el O del“enlace doble” tiene una carga formal 0. Dado lo anterior, podemos decir quenuestra estructura es correcta.
Dado que C tiene tres entidades electrónicas en su entorno, un “enlace doble” ydos enlaces sencillos, entonces, su GEE será triangular y como las tres entidadeselectrónicas son enlaces, entonces, la GM será triangular.
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Ahora pensemos en el modelo de cajas de cada átomo para explicar la estructurade Lewis.
C O
Como en la estructura de Lewis los O son diferentes (uno tiene “enlace doble” ydos tienen un enlace sencillo a C) estos serán analizados individualmente. El O del“enlace doble” requiere dos pares de electrones libres y dos electronesdesapareados para formar el “enlace doble” con C, así que electrónicamente estálisto. Los O del enlace sencillo que soporta, cada uno de ellos, la carga de lamolécula recibirá un electrón del infinito, Y → Y con lo que tendrá los tres
GEE Triangular
2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py
molécula recibirá un electrón del infinito, Y∞ → Y2,1,0,–1/2 con lo que tendrá los trespares de electrones libres y un electrón desapareado para formar el enlace sencillocon C.
En el caso de C este requiere tener cuatro electrones desapareados, dos para el Odel “enlace doble” y dos más para los O con enlace sencillo por lo tanto realizaráuna transferencia electrónica Y2,0, 0,–1/2 → Y2,1,–1,1/2.
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2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py
C O(sencillo)
Ahora podemos aparear a los electrones.
GEE Triangular
C
2s 2px 2pz 2pyO
La “unión” de orbitales es arbitraria
2s 2px 2pz 2py
2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py
O(sencillo) O(sencillo)
Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE triangular ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.
En el caso del átomo de C este tiene tres entidades electrónicas por lo quecombinará tres orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz) para generar tres orbitaleshíbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá “puro”.
En los átomos de O, se tendrán dos combinaciones de orbitales atómicos dado queexisten dos distribuciones de electrones diferentes. En el átomo de O con el“enlace doble” se tienen tres entidades electrónicas, dos pares de electrones libresy un “enlace doble” así que combinará tres orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz) paragenerar tres orbitales híbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá “puro”.
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En el caso del átomo de O con el enlace sencillo existen cuatro entidadeselectrónicas, un enlace y tres parres de electrones, por lo tanto combinará cuatroorbitales atómicos (2s, 2px, 2pz, 2py) para generar cuatro orbitales híbridos sp3.
Ahora podemos describir los enlaces.
GEE Triangular
sp2 sp2 sp2 2pyO
sp2 sp2 sp2 2py sp3 sp3 sp3 sp3
C O(sencillo)
La “unión” de orbitales es
21
C
sp2 sp2 sp2 2pyO
orbitales es arbitraria
sp2 sp2 sp2 2py
sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3
O(sencillo) O(sencillo)
C
s sp2(C)/sp3
(O)O O–
s sp2(C)/sp2
(O)
p 2py(C)/2py(O)
O–s sp2
(C)/sp3(O)
Ion nitrato, NO3–.
Obtengamos primero la configuración electrónica de cada átomo.
N 1s22s22p3 O 1s22s22p4
El N aporta cinco electrones y el O aporta seis electrones pero la molécula tieneuna carga 1–, por lo que el número total de electrones será veinticuatro. Si elátomo de N es el átomo central, entonces, la estructura de Lewis será:
GEE Triangular
O N Ox x x xx x
x x
x x
x x
x xx x
[ ]
Pero en la estructura propuesta el N no tiene ocho electrones así que tomaremosun par de electrones de un oxígeno para formar un “enlace doble”. Como el par deelectrones puede provenir de cualquier oxígeno, entonces, existirán estructurasresonantes.
O N Ox x x xx x x x x x
Ox x
x x
x x
x x
O N Ox x x x
Ox x x x
x xx x
x x
x x
x x
x x
x x
O N Ox x x x
Ox x x x
x xx x
x x
x xx x
x x
x x
O N Ox x x x
Ox x x x
x x
x x
x xx x
x x
x x
x x
x xx x
x xO N Ox x
Ox x
x x–
Híbrido de resonancia 22
Para continuar con la descripción que hemos estado realizando deberemos deelegir una de las tres estructuras de Lewis, no el híbrido de resonancia, así quetomemos arbitrariamente una de ellas.
Si calculamos la carga formal en cada átomo para esta nueva estructura, tenemos:
CFS = 5 – 0 – (8/2) = 1
GEE Triangular
O N Ox x x x
Ox x x x
x xx x
x x
x xx x
x x
x x x
x
CFO(sencillo) = 6 – 6 – (2/2) = –1 CFO(doble) = 6 – 4 – (2/2) = 0
Debe notarse que tenemos dos O, los de enlace sencillo, que tienen carga formalde 1– lo cual no es del todo correcto pues la carga de la molécula es 1– y no dosmenos. Además, el N tiene una carga formal 1+ que no puede ser canceladaformando otro “enlace doble” con uno de los O que tiene carga formal 1– pues el Nahora tendría diez electrones pero, como hemos analizado, el N únicamentecuenta con cuatro orbitales y a lo máximo tendrá ocho electrones en su entorno.
Dado lo anterior, debemos plantear que uno de los enlaces sencillos entre N y O esun enlace covalente coordinado para explicar el par de cargas 1+ y 1–.
23
Dado que N tiene tres entidades electrónicas en su entorno, un “enlace doble” ydos enlaces sencillos, entonces, su GEE será triangular y como las tres entidadeselectrónicas son enlaces, entonces, la GM será triangular.
Ahora pensemos en el modelo de cajas de cada átomo para explicar la estructurade Lewis.
N O
Como en la estructura de Lewis los tres O son diferentes (uno tiene “enlace doble”,otro tiene un enlace covalente coordinado y el otro soporta la carga de la molécula
GEE Triangular
2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py
otro tiene un enlace covalente coordinado y el otro soporta la carga de la moléculay tiene un enlace sencillo a N) estos serán analizados individualmente. El O del“enlace doble” requiere dos pares de electrones libres y dos electronesdesapareados para formar el “enlace doble” con N, así que electrónicamente estálisto. El O del enlace covalente coordinado, O(coord), requiere de un orbital vacíopara recibir los dos electrones que provienen de N por lo este oxígeno tendrá unatransferencia electrónica, Y2,1,–1,1/2 → Y2,1,0,–1/2. Finalmente, el O del enlacesencillo que soporta la carga de la molécula, O(carga), recibirá un electrón delinfinito, Y∞ → Y2,1,0,–1/2 con lo que tendrá los tres pares de electrones libres y unelectrón desapareado para formar el enlace sencillo con N.
242s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py
O(coord) O(carga)
En el caso del N este requiere de un par de electrones para donar al átomo de O(enlace covalente coordinado) y tres electrones desapareados, dos para el O del“enlace doble” y un para el enlace sencillo con el O que soporta la carga de lamolécula. Así que el N está electrónicamente listo.
Ahora podemos aparear a los electrones.
GEE Triangular
N
La “unión” de orbitales es arbitraria
2s 2px 2pz 2py
Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE triangular ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.
En el caso del átomo de N este tiene tres entidades electrónicas por lo quecombinará tres orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz) para generar tres orbitaleshíbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá “puro”.
N
2s 2px 2pz 2pyO
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2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py
O(coord) O(carga)
En los átomos de O, se tendrán dos combinaciones de orbitales atómicos dado queexisten dos distribuciones de electrones diferentes. En el átomo de O con el“enlace doble” se tienen tres entidades electrónicas, dos pares de electrones libresy un “enlace doble” así que combinará tres orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz) paragenerar tres orbitales híbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá “puro”. En el casodel átomo de O con el enlace sencillo existen cuatro entidades electrónicas, unenlace y tres parres de electrones, por lo tanto combinará cuatro orbitalesatómicos (2s, 2px, 2pz, 2py) para generar cuatro orbitales híbridos sp3.
GEE Triangular
sp2 sp2 sp2 2py
Ahora podemos describir los enlaces.
N
sp2 sp2 sp2 2pyO
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sp2 sp2 sp2 2py
sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3
O(coord) O(carga)
GEE Triangular
N
sp2 sp2 sp2 2pyO
sp2 sp2 sp2 2py
sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3
O(coord) O(carga)
s sp2 /sp3s sp2 /sp2
Observa que sólo a uno de los O con enlace sencillo se le colocó la carga 1–, locual expresa que recibió el electrón que le confiere la carga a la molécula.
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N
s sp2(N)/sp3
(O)O O
s sp2(N)/sp2
(O)
p 2py(N)/2py(O)
O–s sp2
(N)/sp3(O)
Ozono, O3.
Obtengamos primero la configuración electrónica del oxígeno.
O 1s22s22p4
El O aporta seis electrones por lo que el número total de electrones será dieciocho.La estructura de Lewis será:
GEE Triangular
O O Ox x x xx x
x x
x x
x x
x xx x
x x
Pero en la estructura propuesta el O central no tiene ocho electrones así quetomaremos un par de electrones de un oxígeno para formar un “enlace doble”.Como el par de electrones puede provenir de cualquier oxígeno, entonces,existirán estructuras resonantes.
Si calculamos la carga formal en cada átomo para una estructura, tenemos:
CFO(central) = 6 – 2 – (6/2) = 1
CFO(sencillo) = 6 – 6 – (2/2) = –1 CFO(doble) = 6 – 4 – (2/2) = 0 28
O O Ox xx x
x x
x x
x x
x x
x xx xx x O O Ox x x
x x x
x x
x x
x x
x xx xx x
GEE Triangular
En este caso estamos obligados a que se cumpla el “octeto”, entonces, debemos deexplicar la existencia de cargas formales diferentes de cero en dos de los átomosde O. La única forma de explicar este par de cargas es la existencia de un enlacecovalente coordinado en el que el átomo de O central dona un par de electronespara formar el enlace sencillo con otro O.
Debido a que el O central tiene tres entidades electrónicas en su entorno, un“enlace doble”, un enlace sencillo y un par de electrones libre, entonces, su GEEserá triangular y como de las tres entidades electrónicas sólo dos son enlaces,entonces, la GM será angular menor a 120.0 grados.
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Ahora pensemos en el modelo de cajas de cada O para explicar la estructura deLewis.
O
Como existen tres O diferentes se realizará un análisis individual. El O centralrequiere dos pares de electrones, uno para mantener como par de electrones librey otro para el enlace covalente coordinado, así como dos electrones desapareadospara unirse con el O del “enlace doble”. El O central electrónicamente no tieneconflicto.
2s 2px 2pz 2py
GEE TriangularEl caso del O con el “enlace doble”, este requiere dos pares de electrones libres ydos electrones desapareados para unirse con el O central, así que este átomo de Oelectrónicamente está listo.
El O del enlace sencillo, enlace covalente coordinado, requiere de un orbital vacíopara recibir el par de electrones que proviene del átomo central, por lo tanto,realizará una transferencia electrónica, Y2,1,–1,1/2 → Y2,1,0,–1/2.
2s 2px 2pz 2py
O
30
Ahora podemos aparear a los electrones.
Una vez explicada la estructura de Lewis, requerimos explicar la GEE triangular ypara ello recurrimos al concepto de hibridación.
2s 2px 2pz 2py 2s 2px 2pz 2py2s 2px 2pz 2py
La “unión” de orbitales es arbitraria
GEE TriangularEn el caso del O central y el O del “enlace doble” estos tiene tres entidadeselectrónicas por lo que combinará tres orbitales atómicos (2s, 2px, 2pz) paragenerar tres orbitales híbridos sp2. El orbital 2py se mantendrá “puro”. El O delenlace sencillo tiene cuatro entidades electrónicas por lo que combinará cuatroorbitales atómicos (2s, 2px, 2pz, 2py) para generar cuatro orbitales híbridos sp3.
Ahora podemos describir los enlaces.
sp2 sp2 sp2 2p sp2 sp2 sp2 2psp3 sp3 sp3 sp3
31
La descripción que hemos realizado es coherente con la evidencia experimentalpues la longitud de enlace en O3 es 1.28 Å mientras que en O2 (“enlace doble”) es1.21 Å y en el ion peróxido O2
2– es 1.49 Å (enlace sencillo). Recuerda que en O3
existen estructuras resonantes y por eso únicamente existe una longitud deenlace.
sp2 sp2 sp2 2py sp2 sp2 sp2 2pysp3 sp3 sp3 sp3
O
s sp2(O)/sp3
(O)O O
s sp2(O)/sp2
(O)
p 2py(O)/2py(O)
Ejercicio a resolver.
1) Para las siguientes moléculas con GEE triangular 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.
• Óxidos de nitrógeno: NO2– , NO, NO2. Retoma NO3
– y has una conclusiónsobre las variaciones en los óxidos de nitrógeno.
• Otras moléculas ClO2+, Cl2CO, CH3
+, SO3, FNO2.
2) Realiza las descripción completa del “grupo funcional” alqueno, C24–,
incluyendo todo lo visto en esta presentación y el orbital molecular…¿observas semejanzas? ¿discrepancias? ¿qué puedes concluir?
32
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