Pregrado
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Geometría molecular y teoría VSEPR


La geometría molecular es un concepto importante en química que describe la disposición tridimensional de los átomos en una molécula. Es importante porque afecta muchas de las propiedades físicas de la molécula, las rutas de reacción y las interacciones con otras moléculas. Un modelo ampliamente utilizado para predecir la geometría molecular es la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR). Esta teoría ayuda a los químicos a comprender la disposición espacial de los componentes atómicos de los compuestos en función de la repulsión entre pares de electrones en las capas de valencia de los átomos.

Comprensión de la geometría molecular

Antes de profundizar en la teoría VSEPR, entendamos por qué la geometría molecular es importante. Cuando los átomos se unen para formar moléculas, sus nubes de electrones se superponen, y esto determina cómo se ubican los átomos en el espacio en relación entre sí. La disposición espacial, o geometría, de una molécula afecta sus propiedades físicas y químicas, como el punto de ebullición y fusión, la polaridad y las interacciones con otras moléculas. Por ejemplo, la diferencia en el punto de ebullición entre el agua (H2O) y el sulfuro de hidrógeno (H2S) se puede atribuir a su geometría molecular.

Teoría VSEPR: Los conceptos básicos

VSEPR significa Teoría de Repulsión de Pares Electrónicos de la Capa de Valencia. Sostiene que los pares de electrones alrededor de un átomo central se dispondrán para estar lo más alejados posible unos de otros para minimizar la repulsión entre estos pares. La teoría considera tanto los electrones de enlace, que se comparten entre átomos, como los pares solitarios, que están localizados en un solo átomo. La presencia de pares solitarios puede afectar significativamente la geometría de la molécula porque ocupan espacio y repelen a otros grupos de electrones con más fuerza que los pares de enlace.

Aplicación de la teoría VSEPR

Al predecir la geometría de una molécula utilizando la teoría VSEPR, se realizan los siguientes pasos:

  1. Contar el número total de electrones de valencia en la molécula.
  2. Determinar la disposición de los pares de electrones (tanto de enlace como solitarios) de manera que haya una mínima repulsión entre ellos.
  3. Identificar la forma molecular resultante en función de las posiciones de los átomos enlazados.

Vamos a explorar algunas geometrías moleculares comunes y los modelos VSEPR asociados:

Geometría lineal

En la geometría lineal, el átomo central está rodeado por dos pares de electrones en un ángulo de 180 grados. Esto es típico para moléculas con la fórmula AX2, donde A es el átomo central y X representa los átomos circundantes. Un ejemplo de esto es el dióxido de carbono (CO2).

      OCO

En este ejemplo, la molécula es lineal con un ángulo de enlace de 180 grados.

Geometría trigonal planar

Las moléculas trigonales planas tienen un átomo central rodeado por tres pares de electrones en un ángulo de 120 grados. Un ejemplo típico de esto es el trifluoruro de boro (BF3).

                F
               ,
          F - B
               ,
                F

Geometría tetraédrica

En la geometría tetraédrica, el átomo central está rodeado por cuatro pares de enlace. Un ejemplo de esto es el metano (CH4). Los ángulos de enlace son aproximadamente 109.5 grados.

          H
          ,
      H – C – H
          ,
          H

Esta disposición minimiza la repulsión y logra simetría.

Geometría bipiramidal trigonal

Esta geometría ocurre en moléculas con cinco regiones de densidad electrónica. El pentacloruro de fósforo (PCl5) es un ejemplo. Esta estructura consiste en tres enlaces ecuatoriales a 120 grados y dos enlaces axiales a 90 grados.

             Cloro
             ,
      Cl – P – Cl
             ,
         cl cl

Geometría octaédrica

En la geometría octaédrica, el átomo central está rodeado por seis pares de enlace con ángulos de 90 grados. Un ejemplo de esto sería el hexafluoruro de azufre (SF6).

            F
            ,
        F - S - F
            ,
            F
         FF

Efecto de los pares solitarios

Los pares solitarios tienen un efecto significativo en la geometría molecular. Ocupan más espacio que los pares de enlace, lo que puede reducir el ángulo de enlace entre los átomos adyacentes. Esto a menudo resulta en desviaciones de los ángulos ideales. Ilustremos esto con una molécula de agua (H2O).

                H
               ,
          Hey
               ,
                H

El agua no es una molécula lineal, aunque su fórmula es similar a CO2. En cambio, la disposición es "doblada" con un ángulo de enlace de aproximadamente 104.5 grados debido a los dos pares solitarios en el oxígeno.

Geometría distorsionada: ejemplos y explicaciones

Veamos moléculas con geometrías distorsionadas debido a pares solitarios:

  • Amoníaco (NH3): Su geometría es piramidal trigonal. El par solitario hace que el ángulo de enlace sea menor que el ideal de 109.5 grados, aproximadamente 107 grados.
                H
               ,
          H–N
               ,
                H
  • Tetrafluoruro de azufre (SF4): La geometría es fluctuante debido a un par solitario. Los ángulos de enlace axiales y ecuatoriales son menores que los ideales.
                 F
                 ,
          F - S - F
                 ,
                F
                  F

Papel de las electronegatividades y del momento dipolar

La forma molecular afecta la distribución de las electronegatividades y el momento dipolar. Moléculas como CO2 son no polares porque su disposición simétrica cancela los dipolos de enlace individuales. Sin embargo, una forma doblada como H2O da como resultado un momento dipolar neto, haciéndola polar.

Conclusión

Entender la geometría molecular a través de la teoría VSEPR es fundamental en química. Predecir formas ayuda a los químicos a predecir reactividad, propiedades físicas y comportamiento de interacción con otras especies químicas. Al considerar los enlaces y los pares solitarios, así como su repulsión, se puede entender una imagen clara del mundo molecular.


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