Geometria Molecular

TEORIAS SOBRE LA ESTRUCTURA MOLECULAR


11.1 GEOMETRÍA MOLECULAR.


Modelo de Repulsión de Pares
¿Es posible a priori predecir la geometría de algunas moléculas simples? La respuesta es que en algunos casos si es posible si se dispone de alguna información preliminar, como la conectividad por ejemplo, es decir qué átomo esta unido con cual otro, pero en general las variables quegobiernan la geometría de una molécula son mucho mas complejas. Mediante cálculos muy complicados derivados de la teoría cuántica es posible hacer predicciones muy cercanas a la realidad. El criterio utilizado para decidir una estructura es que la configuración geométrica alcanzada sea aquella que produce la mínima energía total molecular. Tales métodos no tienen una aplicación práctica simple, sinembargo hay otros métodos conceptualmente muy simples y que proporcionan una idea cualitativa y útil de la estructura molecular.

En el capítulo anterior se aclaró que los enlaces de tipo covalente son en general localizados. Esto quiere decir que los electrones en estos enlaces ocupan regiones definidas del espacio. En 1957, R.J.Guillespie y R.S. Nyholm desarrollaron un modelo basado en criterioselectrostáticos para predecir geometría de moléculas y que funciona bien aún en enlaces con carácter iónico. En este modelo, denominado de Repulsión de pares de electrones de valencia (RPEV), la idea central es que los pares de electrones de valencia en torno a un átomo tienden a ubicarse en las posiciones que minimizan la repulsión electrostática entre ellos.
Un par de electrones en unenlace covalente y aquellos pares de electrones que no forman enlaces, a los que se conoce como pares solitarios, se encuentran mayoritariamente confinados a una región pequeña y bien definida del espacio (por esta razón se dice que los enlaces covalentes son direccionales).
Supondremos que en la molécula hay un átomo central al cual se hayan unidos los otros átomos y en torno a este átomo hayelectrones confinados a enlaces y pares solitarios Estos pares (o grupos de pares si hay enlaces múltiples) de electrones se repelen entre si y buscamos la disposición geométrica de estos pares en la cual esta repulsión es mínima.
Se designa con la letra A al átomo central, con la letra X a los átomos que rodean a A y con la letra E a un par solitario.
Para aplicar este modelo, empezamos pordibujar la estructura de Lewis de la molécula y seleccionamos el átomo central, luego se agrupan y cuentan los pares electrónicos que rodean al átomo central y se distinguen aquellos que pertenecen a un enlace con otros átomos (X) de los pares solitarios (E). Esto nos permite simbolizar la molécula en la forma
AXnEm

A continuación analizamos los posibles casos. En las figuras siguientes,la región que confina un par o grupo de pares de electrones la representamos por un lóbulo sombreado.

Dos pares o grupos de pares de electrones
Dos pares de electrones sufren una repulsión mínima cuando se encuentran en lados opuestos del átomo central (fig.11.1). La molécula AX2 por consiguiente es lineal.



Tres pares o grupos de pares de electrones
La repulsión mínima entre trespares de electrones ocurre cuando éstos se sitúan en los vértices de un triángulo equilátero dejando al átomo A en el centro (fig11.2a).
Si la molécula es del tipo AX3, la estructura es triangular plana y los enlaces se encuentran a 120°. Ejemplo: la molécula de trifluoruro de Boro (BF3).


Si la molécula es del tipo AX2E, es decir posee un par solitario, la estructura es doblada con unángulo cercano a 120°. Ejemplo: cloruro de estaño(II) (SnCl2) ..

Cuatro pares o grupos de electrones:
La geometría óptima para la mínima repulsión entre cuatro pares se obtiene cuando los electrones se ubican en los vértices de un tetrahedro. Cuando se forman enlaces, el ángulo entre ellos es de cercano a los 109° (el ángulo entre el centro del tetrahedro y dos vértices). Se pueden...