El PCLQ y Geometria molecular - Distribucion espacial

Distribución Espacial
Geometría Molecular

Con el modelo de TRePEV es posible predecir la geometría de las moléculas, conociendo la estructura de Lewis de las mismas, en una forma sistemática.
Para ello es conveniente clasificar a las moléculas en dos categorías, en base a la presencia o ausencia de pares de electrones no compartidos, que llamaremos libres.
Es adecuado analizar los postulados de éste modelo, antes de analizar las dos categorías en que clasificamos a las moléculas.

	El factor más importante que determina la geometría de una molécula es el número de pares de electrones de valencia (externos) de los átomos centrales involucrados en las uniones. Para poder determinarlos es suficiente con conocer la notación de Lewis del átomo central.





	Debido a la interacción electrostática entre los pares de electrones, éstos se repelen entre sí y se orientan en el espacio de manera tal que la distancia entre ellos sea máxima para que la repulsión sea mínima.




	Un par de electrones libres, es decir aquel que no está involucrado en enlaces, repele más fuertemente que un par de electrones enlazante (par compartido por dos átomos), y por éste motivo la densidad electrónica ocupa más espacio.




	Los enlaces múltiples se pueden tratar como si fueran enlaces simples entre átomos adyacentes, a pesar de que en los enlaces múltiples las densidades electrónicas son mayores en la realidad. Ésta aproximación es válida debido a que sólo es realizada con intenciones cualitativas.






Geometría Electrónica

Para facilitar la interpretación de estos contenidos, recordando los destinatarios de este curso, sólo consideraremos moléculas formadas por átomos de dos elementos, A y B, en las cuales, A representa el átomo central, generalizándolas con la forma ABx, donde x es un número entero. En el caso de x = 1 tendríamos la molécula diatómica AB, que como vimos tiene una disposición lineal. Si bien, en la mayoría de los casos x está entre 2 y 6, escapa al nivel de este curso, y sólo tomaremos los modelos en los que x varia entre 1 y 4. Basándonos en esto, analizaremos tres posibles distribuciones de pares electrónicos alrededor del átomo central. Teniendo en cuenta las interacciones electrostáticas entre los pares de electrones de valencia ( o externos), éstos se alejan los más posible entre sí, para que la repulsión entre ellos sea máxima.

Distribución de pares electrónicos alrededor de un átomo central A en una molécula

		Esta distribución de pares electrónicos corresponde al átomo central cuando está rodeado de dos pares de electrones.
		Esta distribución de pares electrónicos corresponde al átomo central cuando está rodeado de tres pares de electrones. .
		Esta distribución de pares electrónicos corresponde al átomo central cuando está rodeado de cuatro pares de electrones.

Geometría Molecular

Moléculas en las que el átomo central no tiene pares libres

En este tipo de moléculas, en las que el átomo central tiene los electrones de valencia compartidos, es decir enlazados a otros átomos, la geometría electrónica coincide con la geometría molecular. Por razones de simplicidad, no representaremos los electrones externos de los átomos que rodean al átomo central y analizaremos los siguientes casos generales con algunos ejemplos: AB2, AB3 y AB4

:AB2 Dióxido de carbono (CO2)		Geometría electrónica y molecular: lineal

		Debido a que los pares electrónicos se repelen entre sí, se ubican lo más lejos posible, orientándose en una línea recta, formando un ángulo de enlace de 180°

AB3 : Trifluoruro de Boro (BF3)		Geometría electrónica y molecular: plana triangular

		En esta sustancia se presentan tres enlaces covalentes. Los tres enlaces B-F, apuntan hacia los vértices de un triangulo equilátero con el B en el centro del mismo, en la distribución que resulta más estable. Cada uno de los tres ángulos FBF es de 120º.

AB4 : Metano (CH4)		Geometría electrónica y molecular: tetraédrica

		Debido a que en el metano hay cuatro pares enlazantes, la repulsión máxima se presenta cuando se orientan hacia los vértices de un tetraedro. El átomo central, se ubica en el centro del tetraedro y se forman cuatro ángulos de enlace (C-H) de 109,5º.

Moléculas en las que el átomo central tiene uno o más pares libres

La determinación de la geometría de una molécula es más complicada, si el átomo central tiene además de pares compartidos (pares enlazantes) pares libres, es decir pares de electrones sin compartir, que como distinguimos en los postulados de TRePEV "ocupan" más espacio. Para moléculas en las cuales el átomo central tiene uno o más pares libre, se debe distinguir la geometría electrónica (la distribución total de los pares de electrones) y la geometría de la molécula. Debemos realizar esta distinción debido a que la distribución global de todos los pares de electrones se refiere al ordenamiento de todos los pares de electrones, enlazantes o libres, que rodean al átomo central, y la geometría de una molécula se describe únicamente por ordenamiento de los átomos que la conforman, es decir que sólo se toman en cuenta los pares enlazantes. En las moléculas en las que el átomo central posee pares de electrones libres, la geometría molecular deriva de su geometría electrónica aunque resultan distintas.

AB2 con un par de electrones libres: ozono (O3)


Geometría electrónica: Triangular		Geometría molecular: Angular

	Como analizamos en los postulados, los enlaces múltiples se pueden considerar como simples a los efectos de predecir la geometría de la molécula. En esta molécula, que es un caso bastante especial, se puede visualizar al átomo central, el oxígeno, rodeado por tres pares de electrones, con lo que resulta tener una geometría electrónica triangular. De los tres pares, dos son enlazantes, es decir están compartidos por dos átomos, y un par se presenta libre o no compartido. Del análisis de los postulados de TRePEV, el par no comprometido en un enlace (par libre), ocupa más espacio que los pares compartidos, por lo que se produce una disminución del ángulo de enlace, respecto de la geometría electrónica. Por lo tanto los dos enlaces O-O se cierran ligeramente, y el ángulo OOO resulta ser menor a 120º. Experimentalmente se ha encontrado que su valor más exacto es de 119,5º. Por estas razones las moléculas de este tipo poseen una forma angular


AB2 con dos pares de electrones libres: agua (H2O).



En el caso de éste tipo de moléculas, la distribución de los cuatro pares electrónicos es tetraédrica, como se observa en la primer figura. Sobre el átomo central, el oxígeno, quedan dos pares de electrones sin compartir, que tienden a separarse tanto como sea posible, por lo que podemos predecir una disminución del ángulo tetraédrico, siendo en el caso del agua, el ángulo HOH de 104,5º.

AB3 con un par de electrones libres: Amoníaco (NH3).

		Esta molécula presenta tres pares enlazantes y un par no compartido. El átomo central, el N en este caso, está rodeado de cuatro pares de electrones, con lo que la distribución espacial es tetraédrica. Debido a que los el par libre repele a los pares enlazantes más fuertemente, los tres pares compartidos NH se aproximan, con lo que el ángulo de enlace HNH es apenas menor que el ángulo tetraédrico ideal de 109,5º. La forma de estas moléculas es piramidal
Geometría electrónica: Tetraédrica		Geometría molecular: Piramidal