La geometría molecular o estructura molecular es la disposición tridimensional de átomos dentro de una molécula. Es importante poder predecir y comprender la estructura molecular de una molécula porque muchas de las propiedades de una sustancia están determinadas por su geometría. Ejemplos de estas propiedades incluyen polaridad, magnetismo, fase, color y reactividad química. La geometría molecular también se puede usar para predecir la actividad biológica, para diseñar fármacos o descifrar la función de una molécula.
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La Capa de Valencia, los Pares de Enlaces y el Modelo VSEPR
La estructura tridimensional de una molécula está determinada por sus electrones de valencia, no por su núcleo u otros electrones en los átomos. Los electrones más externos de un átomo son sus electrones de valencia. Los electrones de valencia son los electrones que con mayor frecuencia participan en la formación de enlaces y la formación de moléculas.
Los pares de electrones se comparten entre los átomos de una molécula y mantienen unidos los átomos. Estos pares se denominan "pares de unión".
Una forma de predecir la forma en que los electrones dentro de los átomos se repelerán entre sí es aplicar el modelo VSEPR (repulsión de pares de electrones de capa de valencia). VSEPR se puede usar para determinar la geometría general de una molécula.
Predicción de la Geometría Molecular
Aquí hay un gráfico que describe la geometría habitual de las moléculas en función de su comportamiento de unión. Para usar esta clave, primero extraiga la estructura de Lewis para una molécula. Cuente cuántos pares de electrones están presentes, incluidos los pares de enlace y los pares solitarios. Trate los enlaces dobles y triples como si fueran pares de electrones individuales. A se usa para representar el átomo central. B indica los átomos que rodean A A. E indica el número de pares de electrones solitarios. Los ángulos de unión se predicen en el siguiente orden:
par solitario versus par solitario repulsión & gt; par solitario versus par de unión repulsión & gt; par de unión versus par de unión repulsión
Hay dos pares de electrones alrededor del átomo central en una molécula con geometría molecular lineal, 2 pares de electrones enlazantes y 0 pares solitarios. El ángulo de unión ideal es de 180°.
| Geometría | Tipo | Número de Pares de Electrones | Ángulo de Unión Ideal | Ejemplos |
| lineal | AB2 | 2 | 180° | BeCl2 |
| plano trigonal | AB3 | 3 | 120° | BF3 |
| tetraédrico | AB4 | 4 | 109.5° | CH4 |
| bipiramidal trigonal | AB5 | 5 | 90°, 120° | PCl5 |
| octohédrico | AB6 | 6 | 90° | SF6 |
| doblado | AB2E | 3 | 120° (119°) | ENTONCES2 |
| piramidal trigonal | AB3E | 4 | 109.5° (107.5°) | NH3 |
| doblado | AB2E2 | 4 | 109.5° (104.5°) | H2O |
| balancín | AB4E | 5 | 180°,120° (173.1°,101.6°) | SF4 |
| Forma de T | AB3E2 | 5 | 90°,180° (87.5°,< 180°) | ClF3 |
| lineal | AB2E3 | 5 | 180° | XeF2 |
| piramidal cuadrado | AB5E | 6 | 90° (84.8°) | BrF5 |
| plano cuadrado | AB4E2 | 6 | 90° | XeF4 |
Isómeros en Geometría Molecular
Las moléculas con la misma fórmula química pueden tener átomos dispuestos de manera diferente. Las moléculas se llaman isómeros. Los isómeros pueden tener propiedades muy diferentes entre sí. Existen diferentes tipos de isómeros:
- Los isómeros constitucionales o estructurales tienen las mismas fórmulas, pero los átomos no están conectados entre sí en la misma agua.
- Los estereoisómeros tienen las mismas fórmulas, con los átomos unidos en el mismo orden, pero los grupos de átomos giran alrededor de un enlace de manera diferente para producir quiralidad o lateralidad. Los estereoisómeros polarizan la luz de manera diferente entre sí. En bioquímica, tienden a mostrar una actividad biológica diferente.
Determinación Experimental de Geometría Molecular
Puede usar estructuras de Lewis para predecir la geometría molecular, pero es mejor verificar estas predicciones experimentalmente. Se pueden usar varios métodos analíticos para obtener imágenes de moléculas y aprender sobre su absorbancia vibratoria y rotacional. Los ejemplos incluyen cristalografía de rayos X, difracción de neutrones, espectroscopía infrarroja (IR), espectroscopía Raman, difracción de electrones y espectroscopía de microondas. La mejor determinación de una estructura se realiza a baja temperatura porque el aumento de la temperatura proporciona a las moléculas más energía, lo que puede conducir a cambios de conformación. La geometría molecular de una sustancia puede ser diferente dependiendo de si la muestra es sólida, líquida, gaseosa o parte de una solución.
Conclusiones Clave de Geometría Molecular
- La geometría molecular describe la disposición tridimensional de los átomos en una molécula.
- Los datos que se pueden obtener a partir de la geometría de una molécula incluyen la posición relativa de cada átomo, longitudes de enlace, ángulos de enlace y ángulos de torsión.
- Predecir la geometría de una molécula permite predecir su reactividad, color, fase de la materia, polaridad, actividad biológica y magnetismo.
- La geometría molecular puede predecirse usando estructuras de VSEPR y Lewis y verificarse usando espectroscopía y difracción.
Referencias
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Química inorgánica Avanzada (6a ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5.
- McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (3a ed.), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
- Miessler G. L. y Tarr D. A. Química Inorgánica (2ª ed., Prentice-Hall 1999), pp. 57-58.
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