Geometría molecular según la teoría RPECV
Al soplar una bomba de Carnaval en Las Tablas, el globo no se infla en cualquier forma. Si atas dos globos largos por el extremo, se separan solos y quedan lo más alejados posible. Los electrones de una molécula se comportan parecido, y por eso el agua tiene forma de «V» y no de línea recta. ¿Se puede predecir la forma de una molécula solo dibujando su estructura de Lewis? Sí, y lo vas a hacer en esta página.
Octeto, duplete y estructuras de Lewis
Los átomos se enlazan para quedar con la configuración electrónica de un gas noble. Para la mayoría de los elementos que verás, eso significa tener 8 electrones en la capa de valencia. Para el hidrógeno significa tener 2.
Una estructura de Lewis muestra los electrones de valencia como puntos o rayas. Un par compartido entre dos átomos es un par enlazante (una raya). Un par que pertenece a un solo átomo es un par no enlazante o par libre (dos puntos).
Respuesta del tu turno: $1 + 7 = 8$ electrones; el cloro tiene 3 pares no enlazantes y 1 par enlazante.
Explica con tus palabras qué establece la regla del octeto y menciona un elemento que, al formar enlaces, cumpla la regla del duplete en lugar de la del octeto. Da un…
Explica con tus palabras qué establece la regla del octeto y menciona un elemento que, al formar enlaces, cumpla la regla del duplete en lugar de la del octeto. Da un ejemplo de molécula donde ese elemento aparezca.
Dibuja la estructura de Lewis de la molécula de agua, $\text{H}2\text{O}$. Indica cuántos electrones de valencia tiene en total la molécula, cuántos pares de electrones…
Dibuja la estructura de Lewis de la molécula de agua, $\text{H}_2\text{O}$. Indica cuántos electrones de valencia tiene en total la molécula, cuántos pares de electrones enlazantes hay y cuántos pares no enlazantes tiene el átomo de oxígeno.
Enlaces múltiples y excepciones al octeto
Cuando los pares no alcanzan para completar el octeto con enlaces sencillos, se comparten dos pares (enlace doble) o tres (enlace triple).
Algunos átomos centrales no cumplen el octeto. El boro en el BF₃ queda con solo 6 electrones: es una excepción conocida. Lo importante es que no te sorprenda.
Escribe la estructura de Lewis del amoníaco, $\text{NH}3$, y determina cuántos pares enlazantes y cuántos no enlazantes rodean al nitrógeno. Con esos datos, indica la…
Escribe la estructura de Lewis del amoníaco, $\text{NH}_3$, y determina cuántos pares enlazantes y cuántos no enlazantes rodean al nitrógeno. Con esos datos, indica la geometría electrónica, la geometría molecular y explica por qué el ángulo H-N-H es menor que $109.5^\circ$.
Teoría RPECV: los pares se repelen
La teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV) parte de una idea sencilla: los pares de electrones tienen carga negativa, se repelen, y se colocan alrededor del átomo central lo más lejos posible, como los globos atados.
Para aplicarla, cuenta las regiones de electrones (pares) alrededor del átomo central. Un enlace doble o triple cuenta como una sola región.
| Regiones de electrones | Geometría electrónica | Ángulo ideal |
|---|---|---|
| 2 | Lineal | 180° |
| 3 | Trigonal plana | 120° |
| 4 | Tetraédrica | 109.5° |
Según la teoría RPECV, un átomo central tiene cuatro pares de electrones enlazantes y ningún par no enlazante, como ocurre en el metano, $\text{CH}4$. Escribe el nombre…
Según la teoría RPECV, un átomo central tiene cuatro pares de electrones enlazantes y ningún par no enlazante, como ocurre en el metano, $\text{CH}_4$. Escribe el nombre de la geometría molecular que adopta y el valor aproximado del ángulo de enlace.
Pares no enlazantes: la forma de la molécula
La geometría electrónica describe cómo se ordenan todos los pares. La geometría molecular describe solo la posición de los átomos. Si hay pares libres, ambas difieren.
Un par no enlazante está atraído por un solo núcleo y ocupa más espacio. Por eso repele con más fuerza a los demás pares y cierra los ángulos de enlace.
| Pares enlazantes | Pares no enlazantes | Geometría molecular | Ejemplo | Ángulo aprox. |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 0 | Lineal | CO₂ | 180° |
| 3 | 0 | Trigonal plana | BF₃ | 120° |
| 2 | 1 | Angular | SO₂ | menor que 120° |
| 4 | 0 | Tetraédrica | CH₄, NH₄⁺ | 109.5° |
| 3 | 1 | Piramidal trigonal | NH₃, H₃O⁺ | ≈ 107° |
| 2 | 2 | Angular | H₂O | ≈ 104.5° |
Los puntos naranja son pares no enlazantes. Mira cómo, con 4 regiones de electrones en las tres moléculas, la forma de los átomos cambia según cuántos pares son libres.
Respuesta: menor (≈ 104.5°), porque hay dos pares libres comprimiendo el ángulo.
Dibuja la estructura de Lewis del dióxido de carbono, $\text{CO}2$, y la del dióxido de azufre, $\text{SO}2$. Prediga la geometría de cada una con la teoría RPECV y…
Dibuja la estructura de Lewis del dióxido de carbono, $\text{CO}_2$, y la del dióxido de azufre, $\text{SO}_2$. Prediga la geometría de cada una con la teoría RPECV y explica por qué, aunque ambas moléculas tienen tres átomos, sus formas son diferentes.
Iones sencillos: NH₄⁺ y H₃O⁺
La RPECV funciona igual con iones poliatómicos. Solo hay que tener cuidado con la carga al contar los electrones.
El ion amonio, NH₄⁺, tiene $5 + 4 - 1 = 8$ electrones: 4 pares enlazantes y ningún par libre, por lo que es tetraédrico (109.5°).
| Especie | Pares enlazantes | Pares libres | Geometría | Ángulo aprox. |
|---|---|---|---|---|
| H₂O | 2 | 2 | Angular | 104.5° |
| H₃O⁺ | 3 | 1 | Piramidal trigonal | 107° |
| NH₄⁺ | 4 | 0 | Tetraédrica | 109.5° |
Compara el ion amonio, $\text{NH}4^+$, el ion hidronio, $\text{H}3\text{O}^+$, y la molécula de agua, $\text{H}2\text{O}$. Para cada especie escribe la estructura de…
Compara el ion amonio, $\text{NH}_4^+$, el ion hidronio, $\text{H}_3\text{O}^+$, y la molécula de agua, $\text{H}_2\text{O}$. Para cada especie escribe la estructura de Lewis, indica los pares enlazantes y no enlazantes del átomo central, y predice la geometría molecular. Ordena las tres especies de menor a mayor ángulo de enlace aproximado y justifica el orden.
Polaridad molecular
Un enlace es polar si los átomos tienen distinta electronegatividad: el más electronegativo atrae el par y queda con carga parcial negativa $\delta^-$; el otro queda $\delta^+$. Cada enlace polar es un dipolo (una flecha que apunta hacia el átomo más electronegativo).
Que la molécula sea polar depende de la geometría: hay que sumar los dipolos como vectores.
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Si los dipolos se cancelan por simetría, la molécula es no polar.
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Si no se cancelan, la molécula es polar.
Una estudiante, Yariela, afirma que el tetracloruro de carbono, $\text{CCl}4$, es apolar aunque cada enlace C-Cl es polar. Usa la geometría de la molécula para decidir…
Una estudiante, Yariela, afirma que el tetracloruro de carbono, $\text{CCl}_4$, es apolar aunque cada enlace C-Cl es polar. Usa la geometría de la molécula para decidir si Yariela tiene razón y justifica tu respuesta con la idea de suma de los dipolos de enlace.
El trifluoruro de boro, $\text{BF}3$, y el trifluoruro de nitrógeno, $\text{NF}3$, tienen la misma proporción de átomos, pero uno es apolar y el otro polar. Escribe la…
El trifluoruro de boro, $\text{BF}_3$, y el trifluoruro de nitrógeno, $\text{NF}_3$, tienen la misma proporción de átomos, pero uno es apolar y el otro polar. Escribe la estructura de Lewis de cada uno (indica si alguno no cumple el octeto), predice su geometría con RPECV y argumenta cuál es polar y cuál apolar a partir de la forma de cada molécula.
Vuelve al principio: el agua tiene forma de «V» porque su oxígeno tiene 4 regiones de electrones (2 enlazantes y 2 libres); los pares libres cierran el ángulo a ≈ 104.5° y los dipolos no se cancelan.