La geometría molecular o estructura molecular es la distribución espacial de los átomos alrededor de un átomo central. Los átomos representan regiones donde existe una alta densidad electrónica, y se consideran por tanto grupos electrónicos, sin importar los enlaces que formen (simples, dobles o triples).
La geometría molecular de un elemento puede caracterizar algunas de sus propiedades físicas o químicas (punto de ebullición, viscosidad, densidad, etc.).
Tipos de geometría molecular
Todos los enlaces covalentes son direccionales, por lo que el enlace A-B es lineal. Pero, ¿será lineal la molécula AB2? En caso afirmativo, la geometría se representa sencillamente como: B-A-B. Los dos átomos B están separados por un ángulo de 180º, y según la TEV, A debe tener orbitales híbridos sp.
Se puede suponer en primera instancia una geometría lineal para la molécula AB2; sin embargo, es primordial dibujar la estructura de Lewis antes de llegar a una conclusión. Dibujada la estructura de Lewis, se puede identificar el número de pares de electrones sin compartir (:) sobre el átomo de A.
Cuando esto es así, encima de A los pares de electrones empujan los dos átomos de B hacia abajo, cambiando sus ángulos. Como resultado, la molécula lineal B-A-B termina convirtiéndose en una V, un boomerang o en una geometría angular (imagen superior)
La molécula del agua, H-O-H, es el ejemplo ideal para este tipo de geometría. En el átomo de oxígeno hay dos pares de electrones sin compartir los cuales se orientan en un ángulo aproximado de 109º.
¿Por qué este ángulo? Porque la geometría electrónica es tetraédrica, la cual posee cuatro vértices: dos para los átomos de H, y dos para los electrones. En la imagen superior nótese que los puntos verdes y los dos “lóbulos con ojos” dibujan un tetraedro con el punto azulado en su centro.
Si el O no tuviera pares de electrones libre, el agua formaría una molécula lineal, su polaridad disminuiría y los océanos, mares, lagos, etc., probablemente no existirían tal como se conocen.
Para la molécula del agua, su geometría electrónica es tetraédrica, pero al eliminar los pares libres de electrones puede notarse que se transforma en una geometría angular.
A partir de la geometría dipiramidal trigonal, son cinco los grupos electrónicos entorno al átomo central.
Necesita de cinco orbitales híbridos para formar los enlaces simples (de color anaranjado). Esto lo logra a través de los cinco orbitales sp3d (producto de la mezcla de un orbital s, tres p y un d).
En posición axial el par de electrones haría “presión” perpendicularmente (90º) sobre la base triangular, mientras que si estuviera en posición ecuatorial, los dos restantes grupos electrónicos de la base estarían separados 120º y presionaría los dos extremos a 90º (en lugar de tres, como ocurre con la base).
Por lo tanto, el átomo central buscará orientar sus pares libres de electrones en las posiciones ecuatoriales para generar geometrías moleculares más estables.
Entonces, para una molécula del tipo AB5, ésta adopta la geometría bipirámide trigonal. No obstante, AB4, con la misma geometría electrónica, adoptará la geometría oscilante; y AB3, la geometría con forma de T. En todas ellas A tendrá (generalmente) hibridación sp3d.
Octaédrica
Este tipo de geometría corresponde a los compuestos AB6. AB4 forman la base cuadrada, mientras que los dos B restante se posicionan en posiciones axiales. Así, se forman varios triángulos equiláteros, los cuales son las caras del octaedro.
Aquí, nuevamente, puede haber (como en todas las geometrías electrónicas) pares de electrones libres, y por lo tanto, derivan de este hecho otras geometrías moleculares. Por ejemplo, AB5 con geometría electrónica octaédrica consiste de una pirámide con base cuadrada, y AB4 de un plano cuadrado.
Ejemplos de geometría molecular
A continuación se mencionará una serie de compuestos para cada una de las principales geometrías moleculares. A manera de ejercicio, se podría dibujar las estructuras de Lewis para todos los ejemplos y certificar si, dada la geometría electrónica, se obtiene las geometrías moleculares tal como se enlistan abajo.
Geometría lineal
-Etileno, H2C≡CH2
-Cloruro de berilio, BeCl2 (Cl-Be-Cl)
-Dióxido de carbono, CO2 (O=C=O)
-Nitrógeno, N2 (N≡N)
-Dibromuro de mercurio, HgBr2 (Br-Hg-Br)
-Anión triyoduro, I3– (I-I-I)
-Ácido cianhídrico, HCN (H-N≡C)
Sus ángulos deben ser 180º, y tener por tanto hibridación sp.
Geometría angular
–El agua
-Dióxido de azufre, SO2
-Dióxido de nitrógeno, NO2
-Ozono, O3
-Anión amiduro, NH2–
Plana trigonal
-Trifluoruro de bromo, BF3
-Tricloruro de aluminio, AlCl3
-Anión nitrato, NO3–
-Anión carbonato, CO32–
Tetraédrica
-Gas metano, CH4
-Tetracloruro de carbono, CCl4
-Catión amonio, NH4+
-Anión sulfato, SO42-
Pirámide trigonal
-Amoníaco, NH3
-Cation hidronio, H3O+
Bipirámide trigonal
-Pentafluoruro de fósforo, PF5
-Pentacloruro de antimonio, SbF5
Oscilante
Tetrafluoruro de azufre, SF4
Forma de T
-Tricloruro de yodo, ICl3
-Trifluoruro de cloro, ClF3 (ambos compuestos son conocidos como interhalógenos)
Octaédrica
-Hexafluoruro de azufre, SF6
-Hexafluoruro de selenio, SeF6
-Hexafluorofosfato, PF6–
Para culminar, la geometría molecular es la que explica las observaciones de las propiedades químicas o físicas de la materia. Sin embargo, se orienta de acuerdo a la geometría electrónica, de manera que esta última debe determinarse siempre antes que la primera.
Observa el siguiente vídeo como apoyo al tema:
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