geometría molecular del carbono

Geometría molecular del carbono-carbono
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 Repulsiónde Pares de Electrones de Valencia (TRePEV), empleada internacionalmente por su gran predictibilidad.


El CO2es una molécula donde los dos átomos de oxígeno están ligados a un átomo central de carbono.
La estructura de Lewis de esta molécula es:

Para que los pares de electrones del átomo central estén lo más apartados posible, los pares ligantes correspondientes a los dos dobles enlaces, ypor lo tanto los dos átomos de oxígeno, están en posiciones opuestas.
Esta molécula tiene, por lo tanto geometría lineal (ángulo O – C – O = 180°).

Según datos experimentales, se sabe que la molécula de eteno (o etileno) es totalmente plana y que sus enlaces forman ángulos de 120º. Además, la molécula presenta un enlace doble carbono-carbono, siendo el ejemplo más sencillo de loshidrocarburos lineales conocidos como alquenos. Su estructura de Lewis se puede representar como:

Como vimos para el caso de la molécula de oxígeno en la explicación del Modelo del Enlace de Valencia, un doble enlace se formará por dos tipos de enlaces: por una parte, un enlace de tipo sigma, σ, que corresponde a un solapamiento frontal de dos orbitales atómicos que pueden ser iguales o distintos(orbitales s, p, híbridos…); por otra parte, un enlace de tipo pi, π, que corresponde al solapamiento lateral de 2 orbitales atómicos de tipo p (siempre de tipo p, sin hibridar ni modificar).
Esto implica que para que un átomo de carbono pueda formar un doble enlace con otro átomo de carbono, tiene que presentar, necesariamente, un orbital p puro, sin hibridar. Es por este motivo que la hibridación de uncarbono con enlace doble no es sp3, como en el caso del carbono con enlace simple, sino hibridación sp2 (se hibrida el orbital 2s y 2 de los orbitales p, y el tercer orbital p queda sin hibridar).
Consideremos primeramente la configuración electrónica del carbono:

Como vemos y ya hemos estudiado para el caso de la hibridación sp3 del metano y el etano, esta configuración electrónica sólopresenta 2 electrones desapareados, motivo por el cual sólo permitiría la formación de 2 enlaces covalentes. No obstante, el carbono forma 4 enlaces covalentes. Por ello, aceptamos que un electrón del orbital 2s promociona la orbital 2p vacío, pasando por tanto a un estado excitado con 4 electrones desapareados. El aumento energético requerido para esta promoción electrónica se verá compensado por laformación posterior de 4 enlaces en lugar de 2.

Ahora, considerando que la molécula de eteno es plana y forma ángulos de 120º, esto es congruente con la hibridación sp2. Recordemos que en efecto la hibridación sp2 de la molécula de BF3, que en efecto tiene ángulos de 120º y enlaces en un mismo plano. Como hemos dicho, para formar doble enlace el carbono necesita tener un orbital p sin hibridar.Por esto, se hibridarán el orbital 2s y 2 de los orbitales p:

Los tres orbitales híbridos sp2 se dirigen hacia los vértices de un triángulo equilátero hipotético, mientras que el orbital p sin hibridar queda perpendicular al plano de los híbridos, con un lóbulo por encima y otro por debajo del plano de los mismos. Esta hibridación la presentarán ambos carbonos que forman el enlace doble deleteno y explica por qué la geometría de la molécula es plana.

Imagen procedente de http://wps.prenhall.com
Asimismo, cabe destacar que como ahora los enlaces que unen a los dos carbonos son 2, un enlace de tipo sigma, σ, y un enlace de tipo pi, π, estarán más estrechamente unidos que en el caso del enlace simple y se hallarán más cercanos entre sí. Mientras que la distancia de un enlace simple...