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Geometría molecular 1
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1.
Theodore L. Brown;
H. Eugene LeMay, Jr. y Bruce E. Bursten QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL 11a edición John D. Bookstaver St. Charles Community College, Cottleville, MO
2.
09 Geometría molecular y teorías de
enlace
3.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Formas moleculares • La forma de una molécula desempeña una función importante en su reactividad. • Al indicar el número de pares de electrones enlazantes y no enlazantes podemos predecir fácilmente la forma de la molécula.
4.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace ¿Qué determina la forma de una molécula? • Simplemente, los pares de electrones, ya sean enlazantes o no enlazantes, se repelen entre sí. • Al asumir que los pares de electrones se colocan lo más alejados entre sí como es posible, podemos predecir la forma de la molécula.
5.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominios de electrones • Podemos referirnos a los pares de electrones como dominios de electrones. • En un enlace doble o triple, todos los electrones compartidos entre estos dos átomos están en el mismo lado del átomo central; por lo tanto, cuentan como un dominio de electrones. • El átomo central en esta molécula, A, tiene cuatro dominios de electrones.
6.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV) “El mejor arreglo de un número dado de dominios de electrones es el que minimiza las repulsiones entre ellos”.
7.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometrías de los dominios de electrones Éstas son las geometrías de los dominios de electrones para dominios de dos a seis electrones alrededor de un átomo central. Geometría molecular y teorías de enlace
8.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Geometrías de los dominios de electrones • Todo lo que debe hacer es contar el número de dominios de electrones en la estructura de Lewis. • La geometría será la que corresponda al número de dominios de electrones.
9.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Geometrías moleculares • Sin embargo, con frecuencia la geometría de los dominios de electrones no es la forma de la molécula. • La geometría molecular está definida por las posiciones de únicamente los átomos en las moléculas, no de los pares no enlazantes.
10.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Geometrías moleculares Por tanto, en cada dominio de electrones podría haber más de una geometría molecular.
11.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones lineal • En el dominio lineal, sólo hay una geometría molecular: lineal. • NOTA: Si sólo hay dos átomos en la molécula, ésta será lineal sin importar cómo sea el dominio de electrones.
12.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones trigonal plano • Existen dos geometrías moleculares: – Trigonal plana. Si todos los dominios de electrones están enlazados. – Flexionada (angular). Si uno de los dominios es un par no enlazante.
13.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Pares no enlazantes y ángulo de enlace • Los pares no enlazantes son físicamente más grandes que los pares enlazantes. • Por lo tanto, sus repulsiones son mayores; esto tiende a disminuir los ángulos de enlace en una molécula.
14.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces múltiples y ángulos de enlace • Los enlaces dobles y triples colocan una mayor densidad electrónica en un lado del átomo central que la de los enlaces sencillos. • Por lo tanto, también afectan los ángulos de enlace.
15.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones tetraédrico • Existen tres geometrías moleculares: – Tetraédrica, si todos son pares enlazantes, – Piramidal trigonal, si uno es un par no enlazante, – Flexionada, si hay dos pares no enlazantes.
16.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones bipiramidal trigonal • Existen dos posiciones distintas en esta geometría: – Axial – EcuatorialAxial Posiciones ecuatoriales Posición axial
17.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones bipiramidal trigonal Las conformaciones de menor energía resultan de tener pares de electrones no enlazantes en posiciones ecuatoriales, en vez de axiales, en esta geometría.
18.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones bipiramidal trigonal • Existen cuatro geometrías moleculares distintas en este dominio: – Bipiramidal trigonal – Balancín – Forma de T – Lineal
19.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Dominio de electrones octaédrico • En el dominio ocataédrico todas las posiciones son equivalentes. • Existen tres geometrías moleculares: – Octaédrica – Piramidal cuadrada – Cuadrada plana
20.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Moléculas más grandes En moléculas más grandes, tiene más sentido hablar de la geometría de un átomo en particular en vez de la geometría de la molécula en su totalidad.
21.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Moléculas más grandes Esta aproximación tiene sentido especialmente debido a que las moléculas más grandes tienden a reaccionar en un sitio particular en la molécula.
22.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Polaridad • En el Capítulo 8 estudiamos los dipolos de enlace. • Pero sólo porque una molécula posea enlaces polares no significa que la molécula en su totalidad será polar.
23.
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Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Polaridad Al adicionar dipolos de enlace individuales, puede determinarse el momento dipolar total para la molécula.
24.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Polaridad
25.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Traslape y enlazamiento • Consideramos que los enlaces covalentes se forman por compartición de electrones con los átomos adyacentes. • En tal caso una aproximación de esto sólo puede ocurrir cuando los orbitales de los dos átomos se traslapan.
26.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Traslape y enlazamiento • El aumento del traslape acerca más los electrones y los núcleos mientras disminuye de forma simultánea la repulsión electrón- electrón. • Sin embargo, si los átomos se acercan demasiado, la repulsión internuclear elevará la energía.
27.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Orbitales híbridos Pero es difícil imaginar las geometrías tetraédrica, bipiramidal trigonal, entre otras a partir de los orbitales atómicos que reconocemos.
28.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Orbitales híbridos • Considere el berilio: – En su estado electrónico basal, no sería capaz de formar enlaces debido a que no tiene orbitales individualmente ocupados.
29.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Orbitales híbridos Pero si absorbe la pequeña cantidad de energía necesaria para promover un electrón del orbital 2s al 2p, puede formar dos enlaces.
30.
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Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Orbitales híbridos • La mezcla de los orbitales s y p produce dos orbitales degenerados que son híbridos de los dos orbitales. – Estos orbitales híbridos sp tienen dos lóbulos como un orbital p. – Uno de los lóbulos es mayor y más redondo que el del orbital s.
31.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Orbitales híbridos • Estos dos orbitales degenerados se alienarán a 180° uno del otro. • Esto es consistente con la geometría observada de los compuestos de berilio: lineal.
32.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Orbitales híbridos • Con orbitales híbridos el diagrama de orbitales para el berilio se vería así. • Los orbitales sp son mayores en energía que el orbital 1s pero menor que el 2p.
33.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace El uso de un modelo similar para el boro conduce a… Orbitales híbridos
34.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace …tres orbitales degenerados sp2 . Orbitales híbridos
35.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Con el carbono tenemos… Orbitales híbridos
36.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace …cuatro orbitales degenerados sp3 . Orbitales híbridos
37.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Para geometrías que involucran octetos expandidos en el átomo central, debemos utilizar orbitales d en nuestros híbridos. Orbitales híbridos
38.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Esto conduce a cinco orbitales degenerados sp3 d… …o a seis orbitales degenerados sp3 d2 . Orbitales híbridos
39.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Una vez que se conoce la geometría del dominio de electrones, se conoce el estado de hibridación del átomo. Orbitales híbridos Geometría molecular y teorías de enlace
40.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Teoría del enlace de valencia • La hibridación es una protagonista principal en esta aproximación al enlazamiento. • Existen dos formas en las que los orbitales pueden traslaparse para formar enlaces entre átomos.
41.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces sigma (σ) • Los enlaces sigma se caracterizan por: – Traslape extremo a extremo. – Simetría cilíndrica de la densidad electrónica alrededor del eje internuclear.
42.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces pi (π) • Los enlaces pi se caracterizan por: – Traslape lateral. – Densidad electrónica sobre y debajo del eje internuclear.
43.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces sencillos Los enlaces sencillos siempre son enlaces σ, debido a que el traslape σ es mayor, lo que resulta en un enlace más fuerte y en mayor disminución de energía.
44.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces múltiples En un enlace múltiple uno de los enlaces es un enlace σ y el resto son enlaces π.
45.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces múltiples • En una molécula como el formaldehído (mostrada a la izquierda) un orbital sp2 en el carbono se traslapa de una forma σ con el orbital correspondiente en el oxígeno. • Los orbitales no híbridos p se traslapan de una forma π.
46.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Enlaces múltiples En enlaces triples, como en el acetileno, dos orbitales sp forman un enlace σ entre los carbonos y dos pares de orbitales se traslapan de una forma π para formar los dos enlaces π.
47.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Electrones deslocalizados: resonancia Cuando trazamos estructuras de Lewis para especies como el ión nitrato, dibujamos estructuras de resonancia para reflejar con mayor exactitud la estructura de la molécula o ión.
48.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Electrones deslocalizados: resonancia • En realidad, cada uno de los cuatro átomos en ión nitrato tiene un orbital p. • Los orbitales p en los tres oxígenos se traslapan con el orbital p en el nitrógeno central.
49.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Electrones deslocalizados: resonancia Esto significa que los electrones π no están localizados entre el nitrógeno y uno de los oxígenos, mas bien están deslocalizados en todo el ión.
50.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Resonancia La molécula orgánica del benceno tiene 6 enlaces σ y un orbital p en cada átomo de carbono.
51.
© 2009 Prentice-Hall
Inc. Todos los derechos reservados. Geometría molecular y teorías de enlace Resonancia • En realidad los electrones π en el benceno no están localizados, sino deslocalizados. • La distribución uniforme de los electrones π en el benceno hace a la molécula inusualmente estable.
52.
Todos los derechos
están reservados. Ninguna parte de la publicación puede reproducirse, registrarse o transmitirse en forma alguna ni por medio alguno, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, grabación o cualquier otro, sin el permiso previo por escrito del editor. Copyright ©2009 Pearson Educación, Inc. Publicado como Prentice Hall Esta obra está protegida por las leyes de derecho de autor y se proporciona solamente para que la utilicen los instructores en la enseñanza de sus cursos y en la evaluación del aprendizaje de los estudiantes. No se permiten la difusión ni venta de cualquier parte de la obra (incluyendo en la World Wide Web), ya que así se destruiría la integridad de ésta. La obra y el material que de ella surja nunca deberán ponerse a disposición de los estudiantes, aunque aquí se exceptúa a los instructores que usen en sus clases el texto que la acompaña. Se espera que todos los receptores de la obra acaten tales restricciones, así como que cumplan los propósitos pedagógicos y las necesidades de otros instructores que confían en dichos materiales. Esta obra está protegida por las leyes de derecho de autor y se proporciona solamente para que la utilicen los instructores en la enseñanza de sus cursos y en la evaluación del aprendizaje de los estudiantes. No se permiten la difusión ni venta de cualquier parte de la obra (incluyendo en la World Wide Web), ya que así se destruiría la integridad de ésta. La obra y el material que de ella surja nunca deberán ponerse a disposición de los estudiantes, aunque aquí se exceptúa a los instructores que usen en sus clases el texto que la acompaña. Se espera que todos los receptores de la obra acaten tales restricciones, así como que cumplan los propósitos pedagógicos y las necesidades de otros instructores que confían en dichos materiales.
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