Introducción a la geometría molecular

La geometría molecular o estructura molecular es la disposición tridimensional de los 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 utilizar para predecir la actividad biológica, diseñar medicamentos o descifrar la función de una molécula..

Valence Shell, pares de unión y 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 en una molécula y mantienen los átomos juntos. Estos pares se llaman "pares de unión".

Una forma de predecir la forma en que los electrones dentro de los átomos se repelen entre sí es aplicar el modelo VSEPR (valencia-capa de par de electrones). VSEPR puede usarse para determinar la geometría general de una molécula.

Predicción de la geometría molecular

Aquí hay un cuadro que describe la geometría habitual de las moléculas en función de su comportamiento de unión. Para usar esta clave, primero dibuje 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 átomos que rodean a A. E indica el número de pares de electrones solitarios. Los ángulos de enlace se predicen en el siguiente orden:

par solitario frente a repulsión par solitario> par solitario frente a repulsión par vinculante> par vinculante frente a repulsión par vinculante

Ejemplo de geometría molecular

Hay dos pares de electrones alrededor del átomo central en una molécula con geometría molecular lineal, 2 pares de electrones de enlace y 0 pares solitarios. El ángulo de enlace ideal es 180 °.

Geometría	Tipo	# de pares de electrones	Ángulo de enlace ideal	Ejemplos
lineal	AB₂	2	180 °	BeCl₂
trigonal plana	AB₃	3	120 °	BF₃
tetraédrico	AB_{4 4}	4 4	109.5 °	CH_{4 4}
triangular bipiramidal	AB_{5 5}	5 5	90 °, 120 °	PCl_{5 5}
octoédrica	AB_{6 6}	6 6	90 °	SF_{6 6}
doblado	AB₂mi	3	120 ° (119 °)	ENTONCES₂
piramidal trigonal	AB₃mi	4 4	109.5 ° (107.5 °)	NUEVA HAMPSHIRE₃
doblado	AB₂mi₂	4 4	109.5 ° (104.5 °)	H₂O
balancín	AB_{4 4}mi	5 5	180 °, 120 ° (173,1 °, 101,6 °)	SF_{4 4}
Forma de T	AB₃mi₂	5 5	90 °, 180 ° (87.5 °,<180°)	ClF₃
lineal	AB₂mi₃	5 5	180 °	XeF₂
piramidal cuadrada	AB_{5 5}mi	6 6	90 ° (84.8 °)	BrF_{5 5}
plano cuadrado	AB_{4 4}mi₂	6 6	90 °	XeF_{4 4}

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 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 facilidad. Los estereoisómeros polarizan la luz de manera diferente entre sí. En bioquímica, tienden a mostrar diferentes actividades biológicas..

Determinación Experimental de Geometría Molecular

Puede usar las estructuras de Lewis para predecir la geometría molecular, pero es mejor verificar estas predicciones experimentalmente. Se pueden usar varios métodos analíticos para formar 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 al aumentar la temperatura, las moléculas reciben más energía, lo que puede conducir a cambios en la conformación. La geometría molecular de una sustancia puede ser diferente dependiendo de si la muestra es sólida, líquida, gaseosa o parte de una solución..

Puntos clave de la geometría molecular

La geometría molecular describe la disposición tridimensional de los átomos en una molécula..
Los datos que se pueden obtener de la geometría de una molécula incluyen la posición relativa de cada átomo, longitudes de enlace, ángulos de enlace y ángulos de torsión.
La predicción de la geometría de una molécula permite predecir su reactividad, color, fase de la materia, polaridad, actividad biológica y magnetismo..
La geometría molecular puede predecirse utilizando estructuras VSEPR y Lewis y verificarse mediante 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 (3rd ed.), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5.
Miessler G.L. y Tarr D.A. Química Inorgánica (2ª ed., Prentice-Hall 1999), págs. 57-58.

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