GEOMETRIA MOLECULARHernández Daniel1, 2

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1 Proyecto Curricular de Licenciatura en Química, Facultad de Ciencias y Educación, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia.

2 Cód. 20111150024

RESUMEN

La practica nos acerca mas a la geometría molecular que nos plantean en la TEV (Teoría de enlace de Valencia) y TREPEV (Teoría de Repulsión de Pares de Electrones en la Capa de Valencia), en la cual se observaron los diferentes ángulos, las diferentes geometrías moleculares según el compuesto químico y lo mas importante la formación de estas moléculas según su hibridación (TEV) o su estructura de Lewis que nos conlleva a la geometría por su repulsión en la capa de valencia (TREPEV).

PALABRAS CLAVE

Hibridación, Geometría, Ángulos, TREPEV, TEV, Compuesto, Estructura, Lewis, Moléculas.

ABSTRACT

The practice brings us closer to the molecular geometry that we face in the VTE (valence bond theory) and TREPEV (Repulsion Theory of electron pairs in the valence shell), which were observed in different angles, different molecular geometries as the chemical and most importantly the formation of these molecules by hybridization (VTE) or Lewis structure leads us to geometry

by his revulsion at the valence shell (TREPEV).

KEYWORDS

Hybridization, Geometry, Angles, TREPEV, TEV, Composite, Structure, Lewis, molecules.

PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA

¿Cómo se puede determinar la geometría molecular de las especies químicas y qué implicaciones tiene el ángulo en la estructura de una molécula?

HIPOTESIS

La geometría molecular si es de suma importancia para la determinar las propiedades físicas y químicas de los compuestos así como de los elementos y se puede determinar por la hibridación de los orbitales presentes en las configuraciones electrónicas.

OBJETIVOS

Objetivo general:Determinar y reconocer las diferentes formas en la geometría molecular construyendo modelos similares a los reales presentes en la naturaleza.

Objetivos específicos:-Elaborar estructuras moleculares.-Colocar con exactitud los enlaces en cada átomo, teniendo en cuenta el ángulo entre ellos.

INTRODUCCION

La geometría molecular o estructura molecular se refiere a la disposición tri-dimensional de los átomos que constituyen una molécula. Determina muchas de las propiedades de las moléculas, como son la reactividad, polaridad, fase, color, magnetismo, actividad biológica, etc. Actualmente, el principal modelo de geometría molecular es la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TRePEV), empleada internacionalmente por su gran predictibilidad.

Las geometrías moleculares se determinan mejor a temperaturas próximas al cero absoluto porque a temperaturas más altas las moléculas presentarán un movimiento rotacional considerable. En el estado sólido la geometría molecular puede ser medida por Difracción de rayos X. Las geometrías se pueden calcular por procedimientos mecánico cuánticos ab initio o por métodos semiempíricos de modelamiento molecular.

La posición de cada átomo se determina por la naturaleza de los enlaces químicos con los que se conecta a sus átomos vecinos. La

geometría molecular puede describirse por las posiciones de estos átomos en el espacio, mencionando la longitud de enlace de dos átomos unidos, ángulo de enlace de tres átomos conectados y ángulo de torsión de tres enlaces consecutivos.

Dado que el movimiento de los átomos en una molécula está determinado por la mecánica cuántica, uno debe definir el "movimiento" de una manera cuántica.

Los movimientos cuánticos (externos) de traslación y rotación cambian fuertemente la geometría molecular. (En algún grado la rotación influye en la geometría por medio de la fuerza de Coriolisy la distorsión centrífuga, pero son despreciables en la presente discusión).

Un tercer tipo de movimiento es la vibración, un movimiento interno de los átomos en una molécula. Las vibraciones moleculares son armónicas (al menos en una primera aproximación), lo que significa que los átomos oscilan en torno a su posición de equilibrio, incluso a la temperatura del cero absoluto. En el cero absoluto todos los átomos están en su estado vibracional basal y muestran movimiento mecánico cuántico de punto cero, esto es, la función de onda de un modo vibracional simple no es un pico agudo, sino un exponencial de ancho finito. A temperaturas mayores, los modos vibracionales pueden ser excitados térmicamente (en un interpretación clásica, esto se expresa al enunciar que "las moléculas vibrarán más rápido"), pero siempre oscilan alrededor de una geometría reconocible para la molécula.

Para tener una comprensión más clara de la probabilidad de que la vibración de una molécula pueda ser

térmicamente excitada, se inspecciona

el factor de Boltzmann , donde es la energía de excitación del modo vibracional, es la constante de Boltzmann y es la temperatura absoluta. A 298K (25 °C), unos valores típicos del factor de Boltzmann son: ΔE = 500 cm-1 --> 0.089; ΔE = 1000 cm-1 --> 0.008; ΔE = 1500 cm-1 --> 7 10-4. Esto es, si la energía de excitación es 500 cm-1, aproximadamente el 9% de las moléculas están térmicamente excitadas a temperatura ambiente. La menor energía vibracional de excitación es el modo de flexión (aproximadamente 1600 cm-1). En consecuencia, a temperatura ambiente menos del 0,07% de todas las moléculas de una cantidad dada de agua vibrarán más rápido que en el cero absoluto.

Como se mencionó anteriormente, la rotación influye fuertemente sobre la geometría molecular. Pero, como movimiento mecánico cuántico, se excita a bajas temperaturas (comparada con la vibración). Desde un punto de vista clásico, puede decirse que más moléculas rotan más rápidamente a temperatura ambiente, esto es que tienen mayor velocidad angular y momentum angular. En lenguaje de mecánica cuántica: más "eigenstates" de alto momentum angular son poblados térmicamente al aumentar la temperatura. Las energías de excitación rotacionales típicas están en el orden de unos pocos cm-1.

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica† Geometría‡ Ejemplos

AX1EnMolécula

diatómicaHF, O2, CO2

AX2E0 Lineal BeCl2, HgCl2, CO2

AX2E1 Angular NO2−, SO2, O3

AX2E2 Angular H2O, OF2, SCl2

AX2E3 Lineal XeF2, I3−

AX3E0 Trigonal plana BF3, CO32−, NO3

−, SO3

AX3E1Pirámide

trigonalNH3, PCl3

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica† Geometría‡ Ejemplos

AX3E2 Forma de T ClF3, BrF3

AX4E0 Tetraédrica CH4, PO43−, SO4

2−, ClO4−

AX4E1 Balancín SF4

AX4E2 Cuadrada plana XeF4

AX5E0Bipirámide

trigonalPCl5

AX5E1Pirámide

cuadrangularClF5, BrF5

Tipo de

moléculaForma

Disposición

electrónica† Geometría‡ Ejemplos

AX6E0 Octaédrica SF6

AX6E1Pirámide

pentagonalXeOF—5, IOF2-51

AX7E0Bipirámide

pentagonalIF7

PROCEDIMIENTO

Se construyeron, cada una de las geometrías moleculares, tomando ejemplos que concordaran con cada una de las geometrías moleculares según el modelo de RPENV.

REACTIVOS Y MATERIALES

-Materiales: Modelos de energía molecular.

Nº Est. = Numero Estérico

Nº P.S = Numero de pares solitarios

Nº P.E = Numero de pares enlazantes

Ang pos Par Enl-Sol = Angulo posible par Enlazante-Enlasante

Ang pos Par Enl-Sol= Angulo posible par Enlazante-Solitario

Ang pos Par Sol-Sol = Angulo posible par Solitario-Solitario

Resultados:

Compu Nº Est. Nº P.S Nº P.E GeometríaMolecular

Ang posPar

enl-enl

Ang posPar

enl-sol

Ang posPar

sol-solCO2 2 0 2 Lineal 180º 0 0SO3 3 0 3 Trigonal

Planar120º 0 0

CH4 4 0 4 Tetraédrica 109.5º 0 0NH3 4 1 3 Piramidal

Trigonal107.5 0

H2O 4 2 2 Doblada(Angular)

120º 90º

PCl5 5 0 0 Trigonal Bipirámide

Ec.120ºZ. 90º

0 0

SF4 5 1 4 Balancín 107.5º Aprox.

0

BrF3 5 2 3 Forma de T 90ºXeF2 5 3 2 Lineal 180ºSF6 6 0 0 Octaédrica 90º 0ClF5 6 1 5 Tetragonal

Piramidal90º 90º 0

XeF4 6 2 4 Cuadrada Planar

90º 90º, 180º

180º

Piramidal Trigonal

Trigonal Bipirámide

Cuadrada Planar

Octaedrica

Forma de T

Lineal

Trigonal Planar

Tetragonal Piramidal

Lineal (3PL)

Doblada Angular

Balancin

Tetraedrica

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Análisis de resultados: Los ángulos que realizamos iban de menor a mayor, de esta forma nos apoyamos en los pequeños para armar los más grandes, a partir del casquete se hizo mucho más sencillo hallar cada distancia comprendida entre uno y otro pin que formaban el ángulo. Y al ubicarlos en la circunferencia se notó como se relacionaban con las figuras vistas en la parte teórica. Al realizar la geometría molecular lineal observamos que tiene 2 pares de electrones compartidos y 0 pares de electrones solitarios su distribución como su geometría es lineal y su ángulo de enlace es de 180° como ejemplo pusimos el BeCl2, en la trigonal plana notamos que tiene 3 pares de electrones compartidos y 0 pares de electrones solitarios en el ejemplo de la molécula BF3 con una distribución y geometría plana trigonal formando un ángulos de 120°. En la tetraédrica que tiene 4 electrones de pares compartidos forma ángulos de 109.5°, en la geometría molecular piramidal trigonal se forman ángulos de 107.5° en el ejemplo de NH3 que tiene 3 pares de electrones compartidos 1 par de

electrones solitarios y por último en la geometría molecular octaédrica donde se forma ángulos de 90° con 6 pares de electrones compartidos y 0 pares de electrones solitarios.

CONCLUSIONES ♦ Al usar la caja de modelos se hace mucho más sencillo ver la forma y la distribución de los electrones en una molécula. ♦ Logramos comprender como se formaba cada ángulo a partir del casquete y las distancias dispuestas entre cada perforación. ♦ Al usar los ángulos de menor tamaño para armar los de mayor tamaño, pudimos notar la relación entre estos y como a partir de los mismos es que se forma la geometría molecular de cada sustancia.

♦ La geometría molecular es la forma tridimensional que adopta la molécula en el espacio.

♦ Al realizar la geometría molecular sólo se debe tener en cuenta los pares de enlaces y los pares libres ya que estos originan mayor repulsión que los de enlaces y distorsionan la disposición geométrica.

CUESTIONARIO #1

1.

MOLECULA GEOMETRIA EJEMPLOSAB2E0 Lineal BeCl2, HgCl2,

CO2

AB2E1 Angular NO2-, SO2, O3

AB2E2 Angular H2O, OF2, SCl2

AB2E3 Lineal XeF2, I3-

AB3E0 Trigonal Plana

BF3, SO3, NO3

-

AB3E1 Pirámide Trigonal

NH3,PCl3

AB3E2 Forma de T ClF3, BrF3

AB4E0 Tetraédrica CH4, PO43-,

SO42-

AB4E1 Balancín SF4

AB4E2 Cuadrada Plana

XeF4

AB5E0 Bipirámide Trigonal

PCl5

AB5E1 Pirámide Cuadrada

ClF5, BrF5

AB6E0 Octaédrica SF6

2. 60º

3. a=36º b=36º c=144º d=144º

4. Pirámide Trigonal: Obedece a la molécula AB3E1 en la cual el átomo principal tiene tres átomos enlazantes un par de electrónico libre el cual empuja a los pares enlazantes, puesto que este necesita un mayor espacio para acomodarse, dándoles así la formación de un ángulo de 107.5º entre ellos (pares enlazantes).

CUESTIONARIO #2

1.

2. TREPEV se compara y se contrasta con la teoría del enlace de la capa de valencia, la cual determina la forma la geometría molecular a través de los orbitales que son energéticamente accesibles para enlazar, la teoría orbital molecular se concentra más en la formación de enlaces Sigma y Pi, la teoría orbital molecular es un modelo más sofisticado para entender cómo átomos y electrones se ensamblan en moléculas e iones poli atómicos.

C

A D

B

a

d

c

b