Geometría molecular Modelo de repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV) • La geometría que adopta la molécula es aquella en que la repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (enlazantes o libres) es mínima • Dos reglas generales: – Los dobles y triples enlaces se pueden tratar como enlaces sencillos – Si una molécula tiene dos o más estructuras resonantes, se puede aplicar el modelo RPECV a cualquiera de ellas
O=O-O
O-O=O
• En el modelo de RPECV, las moléculas se dividen en dos categorías: – Las que tienen pares de electrones libres en el átomo central – Las que no tienen pares de electrones libres en el átomo central
Geometría molecular Moléculas sin pares de electrones libres BeCl2 Cl Be Cl
2
pares de ede enlace
BF3
CH4
FBF
H H C H
F
3
pares de ede enlace
H
4
pares de ede enlace
PCl5
SF6
Cl Cl P Cl
5
F Cl
FSF F F
Cl
pares de ede enlace
F
6
pares de ede enlace
180º
120º
109.5º
90 y 120º
90º
Lineal
Triangular plana
Tetraédrica
Bipirámide trigonal
Octaédrica
Geometría molecular Moléculas con pares de electrones libres (PL) y pares de electrones de enlace (PE) SnCl2 Cl Sn Cl
PE=2 PL=1
NH3
PE=3
H N H
PL=1
Triangular plana
tetraédrica
HO H
ángulo menor 120º
Pirámide trigonal 107º
H
H2O
Angular
PE=2 PL=2
tetraédrica
Angular 105º
Geometría molecular SF4
PE=4
F S F
PL=1
F
F
ClF3
PE=3
F Cl F
PL=2
Bipirámide trigonal
Balancín
Bipirámide trigonal
Forma de T
Bipirámide trigonal
Lineal
Octaédrica
Pirámide cuadrada
Octaédrica
Plano cuadrada
F
I3-
PE=2
II I
PL=3
BrF5
PE=5
F Br F
PL=1
F
F
F
XeF4
PE=4
F Xe F
PL=2
F
F
Geometría molecular •
Pasos para la aplicación del modelo RPECV 1. Se escribe la estructura de Lewis y se consideran sólo los pares de electrones alrededor del átomo central 2. Se cuenta el número de pares de electrones que rodean al átomo central 3. Se predice la distribución global de los pares de electrones y luego se predice la geometría de la molécula 4. Se predicen los ángulos de enlace teniendo en cuenta que: repulsión par libre-par libre > repulsión par libre-par enlazante > repulsión par enlazante-par enlazante
Geometría molecular Momentos dipolo • La medida cuantitativa de la polaridad de un enlace viene dada por su momento dipolo (μ):
μ=Q·r Donde • Q : magnitud de la carga ( siempre valor positivo) •
r : distancia entre las cargas
•
Unidades:
• 1 D = 3.33·10-30 C·m
Geometría molecular • Moléculas diatómicas – Si contienen átomos de elementos diferentes siempre tienen momentos dipolo y son moléculas polares • Ejemplos: HCl, CO y NO – Si contienen átomos de elementos iguales nunca tienen momentos dipolo y son moléculas apolares • Ejemplos: H2, O2 y F2
• Moléculas poliatómicas – La polaridad de una molécula viene dada por
• La polaridad de los enlaces • La geometría de la molécula – El μ viene dado por la suma vectorial de los μ de cada enlace en la molécula
Geometría molecular • Ejemplos NH3
CO2
µ =0D
µ = 1.47 D
H2 O
CH4
µ = 1.85 D
µ =0D
Geometría molecular Teoría del enlace de valencia • Visión mecánico cuántica • Los enlaces se forman por el traslape de dos orbitales atómicos (dos orbitales comparten una región común del espacio) • El enlace se forma cuando la energía potencial del sistema alcanza un valor mínimo (punto de máxima estabilidad)
Geometría molecular • Hibridación de los orbitales atómicos para formar enlaces covalentes – Orbitales híbridos • Son orbitales atómicos que se obtienen cuando dos o más orbitales no equivalentes del mismo átomo se combinan preparándose para la formación del enlace covalente
– Tipos de hibridaciones • hibridación sp3 • hibridación sp2 • hibridación sp3d • hibridación sp3d2
Geometría molecular Hibridación sp3 Promoción
hibridación
CH4 C 1s2 2s2p2
1 orbital s
3 orbitales p 4 orbitales sp3 (distribución tetraédrica)
NH3
H 2O
Geometría molecular Hibridación sp2 BF3
Promoción
hibridación
B 1s2 2s2p1
1 orbital s
2 orbitales p
3 orbitales sp2 (distribución triangular plana)
Geometr铆a molecular Hibridaci贸n sp BeF2 F 1s2 2s2p5 promoci贸n
Be 1s2 2s2
Hibridaci贸n de orbitales
Geometría molecular
1 orbital s 1 orbital p 2 orbitales sp (distribución lineal)
Be
Orbitales sp híbridos
Orbitales p
Geometría molecular Hibridación sp3d 1 orbital s + 3 orbitales p + 1 orbital d →
PCl5, SF4, ClF3, I35 orbitales sp3d Hibridación sp3d2
(distribución bipirámide trigonal)
1 orbital s + 3 orbitales p + 2 orbital d → 6 orbitales sp3d2 BrF5, SF6, XeF4
(distribución octaédrica)
Geometría molecular • Pasos a seguir para la hibridación de orbitales atómicos 1. Dibujar la estructura de Lewis de la molécula 2. A partir del número de pares de electrones (tanto libres como enlazantes) que rodean al átomo central, deducir el tipo de hibridación 3. Los ángulos que forman los orbitales híbridos en la molécula coinciden con los ángulos entre los pares de electrones en el modelo de RPECV Ejemplo: NH3
H N H H
4 orbitales híbridos hibridación sp3 Distribución tetraédrica, geometría piramidal
Geometría molecular Hibridación en moléculas que contienen dobles y triples enlaces
Etileno CH2=CH2
Promoción
hibridación
Geometría molecular • Se dan dos tipos de enlaces covalentes – enlaces sigma (s) : enlaces formados por la unión de los núcleos de los átomos enlazados – enlaces pi (p) : enlaces formados por la unión lateral de los orbitales con la densidad electrónica concentrada arriba y abajo del plano que forman los núcleos de los átomos enlazados
Enlace σ
Enlace π
Geometría molecular Diferencias entre modelo RPECV y modelo de EV RPECV No se tienen en cuenta los cambios energéticos en la formación del enlace.
EV Una molécula estable se forma a partir de la reacción de los átomos cuando Energía potencial ha diminuido al máximo.
Analiza todos los enlaces Debido a que los orbitales covalentes por igual y no implicados no son ofrece explicación entre siempre del mismo tipo, las diferencias entre los las energías de enlace y enlaces covalentes las longitudes de enlace son distintas en diferentes compuesto
Geometría molecular Teoría de los orbitales moleculares • La molécula es un ente único donde los electrones ocupan regiones del espacio delimitadas por los llamados orbitales moleculares • Las combinaciones de dos orbitales atómicos dan lugar a dos orbitales moleculares: – enlazante : la densidad electrónica es máxima – antienlazante : la densidad electrónica es nula
• Orden de enlace : magnitud que da información acerca de la fuerza con la que están enlazados los átomos en una molécula OE = 1/2( nºe- en OM enlazantes - nºe- en OM antienlazantes)
GeometrĂa molecular
Orbital antienlazante
Orbital enlazante
Geometría molecular Diagrama para moléculas diátomicas del 2º período:
(Li2, B2, C2, N2) O2, F2
Geometr铆a molecular Diagrama para un compuesto heteroat贸mico