La formación de enlaces como se estudió con anterioridad, da origen a compuestos de diversas características, cada uno de los cuales tiene asociada una geometría molecular, es decir, una distribución espacial específica de cada uno de los átomos que lo conforman.
La estructura y la forma de las moléculas tienen un rol fundamental en los procesos químicos y biológicos, por eso los científicos han realizado grandes esfuerzos para obtener con exactitud, a través de diversos instrumentos, la geometría molecular. No obstante, existen métodos teóricos que permiten obtener una aproximación a dicha estructura.
En 1957, R. J. Gilliespie y R. Nyholm desarrollaron un modelo basado en criterios electrostáticos para predecir la geometría de moléculas, denominado derepulsión de pares de electrones de valencia (RPEV), cuya idea central es que los electrones de valencia en torno a un átomo tienden a ubicarse en las posiciones que minimizan la repulsión electrostática entre ellos.
El modelo RPEV considera para el diseño de la geometría molecular el siguiente esquema: A XnEm, donde:
A : Corresponde al átomo central. X : Ligandos unidos al átomo central.
n: Número de ligandos unidos al átomo central A.
E : Pares de electrones libres o solitarios en torno al átomo central.
Entendidos estos como los electrones que quedan en torno al átomo en las estructuras de Lewis y que no forman enlaces.
m: Número de pares de electrones libres.
Este modelo predice seis geometrías moleculares distintas que estudiarás a continuación:
1. Geometría lineal:presenta dos pares electrónicos de la forma AX2y forma un ángulo de enlace de 180º, como indica la Figura 21.
Un ejemplo es el dióxido de carbono CO2. O = C = O
Figura 21. Modelo tridimensional y estructura de Lewis del dióxido de carbono. O C O
2. Geometría trigonal plana o triangular:presenta tres pares electrónicos de la forma AX3,formando enlaces de 120º, como muestra la Figura 22.
Figura 22. Modelo tridimensional y estructura de Lewis de trifluoruro de boro. B F F F 120º 180º
3. Geometría angular:presenta la forma AX2E,puesto que uno de los tres pares electrónicos se encuentra libre en el átomo central, formando una geometría angular con ángulos inferiores a los 120º, como muestra la Figura 23.
Figura 23. Modelo tridimensional y estructura de Lewis del ion nitrilo. N
O O
4. Geometría tetraédrica:presenta cuatro pares de electrones de la forma AX4, formando ángulos de 109,5º, como muestra la Figura 24. Por ejemplo, el metano CH4.
Figura 24. Modelo tridimensional y estructura de Lewis del metano. H
H
H H
C
5. Geometría piramidal o piramidal trigonal:presenta cuatro pares de electrones, pero uno solitario (AX3E), formando ángulos menores a 109º, como muestra la Figura 25.
N
H H
H
Figura 25.Modelo tridimensional y estructura de Lewis del amoniaco.
6. Geometría angular: derivada del tetraedro, esta estructura presenta cuatro pares electrónicos, de los cuales dos son solitarios,AX2E2, formando ángulos menores a los 109º, como indica la Figura 26.
H H
Para determinar correctamente la geometría de una molécula es preciso, en primera instancia, establecer la estructura de Lewis. Para ello considera las siguientes recomendaciones:
1.Establecer esqueletos estructurales simétricos con los átomos que nos indique la fórmula.
2. El átomo central del esqueleto será el menos electronegativo cuando sea posible. 3.El hidrógeno nunca será un átomo central, pues dispone de un sólo
electrón para enlazar.
4.Cuando en la fórmula del compuesto inorgánico existen Hidrógeno y Oxígeno, tienden a formar enlaces H – O.
5.Debes evitar el enlace O – O, a no ser que se especifique que se trata de un peróxido, compuesto en el que sí se presenta este tipo de enlaces. 6.El Oxígeno puede presentar dos enlaces simples, un enlace doble o un
enlace covalente coordinado.
7.Los elementos del grupo 14 (IVA), que tienen cuatro electrones de valencia formarán cuatro enlaces simples, dos enlaces dobles o un enlace simple y uno triple.
8. Los elementos del grupo 15 (VA), presentan cinco electrones de valencia, por eso pueden formar tres enlaces simples: uno doble y uno simple a la vez o uno triple. Con el par electrónico libre pueden formar enlace dativo.
9.Los elementos del grupo 17 (VIIA) forman sólo enlaces covalentes normales, pues todos tienen siete electrones de valencia. Si forman otro tipo de enlace, será dativo.
Por ejemplo: Determinemos la geometría molecular del SO2.
1ºEl Azufre (S) presenta seis electrones de valencia, al igual que el oxígeno (O). 2ºLas electronegatividades del S y del O son 2,5 y 3,5, respectivamente. 3ºUn esquema simétrico simple sería: O – S – O.
4ºPuedes observar que existe entonces un átomo central (S), dos ligandos (O) y que el átomo central presenta tres pares electrónicos y sólo dos podrán ser utilizados. En síntesis: AX2E; por lo tanto, su geometría es trigonal angular, como indica la figura 27.
O S O
Figura 27. Estructura de Lewis y modelo tridimensional del dióxido de azufre.
MÁS QUE QUÍMICA Cuando la proteína presente en la clara del huevo cambia de incolora a blanco significa que se ha modificado su
estructura, por ejemplo, al someter a altas
temperaturas al huevo. No obstante, puede ocurrir por la acción de otros agentes químicos, como el alcohol desnaturalizado.
Hazlo y compruébalo. En un vaso de vidrio deposita un huevo crudo sin cáscara y luego agrega alcohol hasta cubrirlo. Al desarrollar este simple experimento estarás aplicando la habilidad de la observación.
En resumen, la geometría molecular se puede representar como:
Pares electrónicos Electrones libres Geometría Valor angular Hibridación o tipo RPEV Figura representativa 2 0 Lineal 180º spo AX2 – A – 3 0 Trigonal plana 120º sp2o AX 3 2 2 Angular <120º sp2o AX 2E 4 0 Tetraédrica 109,5º sp3o AX 4 3 2 Piramidal <109º sp3o AX 3E 2 4 Angular 104,5º sp3o AX 2E2 . . A A A . . . .A A . . O S O
Desarrolla la siguiente actividad en equipos de cuatro integrantes como máximo. 1. Para cada uno de los siguientes compuestos, algunos de ellos analizados
teóricamente en la actividad de la página 73 de este texto, construye su estructura tridimensional aplicando el modelo RPEV.
a.H2O b.Na2O c.PH3 d.CO2 e.CCl4 f. Na2Te
2. Compara las estructuras obtenidas con otro equipo de trabajo y comenten: a.¿Qué criterios guiaron la construcción de las estructuras?
b.¿Cuál de ellas fue la más compleja y cuál la más fácil de identificar? ¿Por qué?
c.Si existen diferencias en alguna de las estructuras confeccionadas, ¿cuáles son? Deduzcan cuál de las estructuras es la correcta. Expliquen brevemente.
3. Discutan y respondan entre ambos grupos. a.¿Qué tipo de enlace presenta cada molécula?
b.Lean atentamente la información proporcionada en las páginas 87 y 88 del texto. Según dicha información, ¿cuál es la polaridad molecular de cada uno de los compuestos?
c.En sus cuadernos, elaboren los dibujos que explican la polaridad de cada compuesto -según corresponda-, identificando claramente carga parcialmente iónica positiva y negativa.
4. El amoniaco NH3, es un gas, que presenta geometría piramidal e
hibridación sp3, siendo una molécula muy utilizada en la industria química. Investiga cuales son los usos del amoniaco, a nivel industrial y doméstico.
Habilidades a desarrollar:
- Investigación. - Aplicación conceptual. - Elaboración de modelos.
• Dos cajas de plasticina. • Dos cajas de fósforos. • Cuaderno. • Lápices. Materiales Molécula de Amoniaco.