Teoría VSEPR y estructuras de puntos de electrones
¿Por qué el agua tiene forma de "V" y el dióxido de carbono es una línea recta, si los dos tienen tres átomos? La forma de una molécula decide cómo se comporta: si se disuelve en agua, si se evapora fácil o si un microondas la calienta. En esta página aprenderás a predecir esa forma con papel y lápiz.
Estructuras de puntos de electrones
Los átomos se unen compartiendo electrones de valencia. Una estructura de puntos de electrones (o de Lewis) muestra esos electrones: cada línea es un par enlazante (2 electrones compartidos) y cada par de puntos es un par libre (electrones que no se comparten).
La mayoría de los átomos buscan quedar con ocho electrones a su alrededor (regla del octeto). El hidrógeno se conforma con 2, y hay otras excepciones, como el B.
Para el $\text{CH}_2\text{O}$ (formaldehído), con solo enlaces sencillos el carbono no completa el octeto, así que se forma un enlace doble C=O (4 electrones compartidos) para que el carbono llegue a ocho. Un enlace triple comparte 6.
Dibuja la estructura de puntos de electrones (de Lewis) del metano, $\text{CH}4$. Indica cuántos pares enlazantes y cuántos pares libres rodean al átomo central de…
Dibuja la estructura de puntos de electrones (de Lewis) del metano, $\text{CH}_4$. Indica cuántos pares enlazantes y cuántos pares libres rodean al átomo central de carbono, y nombra la geometría molecular.
Para el $\text{CH}2\text{O}$ (formaldehído, con el carbono como átomo central unido a dos átomos de H y un átomo de O), cuenta los electrones de valencia totales, dibuja…
Para el $\text{CH}_2\text{O}$ (formaldehído, con el carbono como átomo central unido a dos átomos de H y un átomo de O), cuenta los electrones de valencia totales, dibuja la estructura de puntos de electrones incluyendo cualquier enlace doble y predice la geometría molecular. Explica por qué en VSEPR un enlace doble se trata como una sola región de densidad electrónica.
La teoría VSEPR
VSEPR significa Valence Shell Electron Pair Repulsion: repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia. La idea es simple: los pares de electrones tienen carga negativa, así que se repelen y se acomodan lo más lejos posible unos de otros alrededor del átomo central.
Piensa en globos atados por el centro: dos globos quedan en línea; tres, en un triángulo plano; cuatro, en una pirámide de base triangular (tetraedro).
| Regiones | Geometría de los pares de electrones | Ángulo |
|---|---|---|
| 2 | Lineal | $180^\circ$ |
| 3 | Trigonal plana | $120^\circ$ |
| 4 | Tetraédrica | $109.5^\circ$ |
Con tus propias palabras, indica qué significa VSEPR (repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia) y qué dice la teoría sobre cómo se acomodan los pares…
Con tus propias palabras, indica qué significa VSEPR (repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia) y qué dice la teoría sobre cómo se acomodan los pares de electrones alrededor de un átomo central. Luego nombra la geometría de una molécula con dos pares enlazantes y ningún par libre en el átomo central, como el $\text{CO}_2$.
Geometría de pares y geometría molecular
Hay dos formas que debes distinguir:
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La geometría de los pares de electrones (electron-pair geometry) cuenta todas las regiones, incluidos los pares libres.
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La geometría molecular (molecular geometry) describe solo la posición de los átomos. Los pares libres empujan, pero no se "ven".
Con 4 regiones los pares forman un tetraedro, pero la molécula cambia según cuántos pares son libres:
| Regiones | Pares libres | Geometría molecular | Ángulo | Ejemplo |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 0 | Lineal | $180^\circ$ | $\text{CO}_2$ |
| 3 | 0 | Trigonal plana | $120^\circ$ | $\text{BF}_3$, $\text{CH}_2\text{O}$ |
| 3 | 1 | Angular | $<120^\circ$ | $\text{SO}_2$ |
| 4 | 0 | Tetraédrica | $109.5^\circ$ | $\text{CH}_4$ |
| 4 | 1 | Piramidal trigonal | $107^\circ$ | $\text{NH}_3$ |
| 4 | 2 | Angular | $104.5^\circ$ | $\text{H}_2\text{O}$ |
Estas son las estructuras de Lewis del $\text{CH}_4$ y del $\text{H}_2\text{O}$: el carbono tiene 4 enlaces y ningún par libre; el oxígeno tiene 2 enlaces y 2 pares libres.
Un par libre ocupa más espacio que un par enlazante (está atraído por un solo núcleo, así que se "ensancha") y comprime los ángulos de enlace. Por eso baja de $109.5^\circ$ a $107^\circ$ en el $\text{NH}_3$ y a $104.5^\circ$ en el $\text{H}_2\text{O}$.
Clasifica cada molécula como lineal, angular, trigonal plana, piramidal trigonal o tetraédrica: (a) $\text{H}2\text{O}$, (b) $\text{NH}3$, (c) $\text{BF}3$.
Clasifica cada molécula como lineal, angular, trigonal plana, piramidal trigonal o tetraédrica: (a) $\text{H}_2\text{O}$, (b) $\text{NH}_3$, (c) $\text{BF}_3$.
El amoníaco, $\text{NH}3$, y el metano, $\text{CH}4$, tienen cuatro pares de electrones alrededor del átomo central, pero sus formas moleculares son distintas. Dibuja la…
El amoníaco, $\text{NH}_3$, y el metano, $\text{CH}_4$, tienen cuatro pares de electrones alrededor del átomo central, pero sus formas moleculares son distintas. Dibuja la estructura de puntos de cada uno, indica la geometría de los pares de electrones y la geometría molecular de cada uno, y explica por qué las formas son diferentes.
Emma estudia para un examen de química. Dibuja la estructura del $\text{H}2\text{O}$ como una línea recta, H-O-H, con un ángulo de $180^\circ$. Explica qué está mal en…
Emma estudia para un examen de química. Dibuja la estructura del $\text{H}_2\text{O}$ como una línea recta, H-O-H, con un ángulo de $180^\circ$. Explica qué está mal en su predicción usando el número de pares libres del oxígeno. Luego indica el ángulo de enlace aproximado en el agua real y compáralo con el ángulo en el metano.
Comparar moléculas parecidas
Dos moléculas con la misma fórmula general pueden tener formas distintas si cambia el número de pares libres. Compara el $\text{BF}_3$ y el $\text{NF}_3$:
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$\text{BF}_3$: B tiene 3 electrones de valencia; $3 + 3(7) = 24$. El B queda con 3 enlaces y ningún par libre (solo 6 electrones: es una excepción al octeto). 3 regiones, así que es trigonal plano, $120^\circ$.
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$\text{NF}_3$: $5 + 3(7) = 26$. El N tiene 3 enlaces y 1 par libre. 4 regiones, así que es piramidal trigonal, cerca de $107^\circ$ (un poco menos que el ángulo tetraédrico de $109.5^\circ$, porque el par libre comprime los enlaces N–F; el $\text{CF}_4$, sin pares libres, conserva $109.5^\circ$).
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$\text{CF}_4$: $4 + 4(7) = 32$. El C tiene 4 enlaces y ningún par libre, así que es tetraédrico, $109.5^\circ$.
Compara $\text{BF}3$, $\text{NF}3$ y $\text{CF}4$. Para cada uno, cuenta los electrones de valencia, dibuja la estructura de puntos de electrones e identifica el número…
Compara $\text{BF}_3$, $\text{NF}_3$ y $\text{CF}_4$. Para cada uno, cuenta los electrones de valencia, dibuja la estructura de puntos de electrones e identifica el número de pares enlazantes y libres en el átomo central. Luego da la geometría molecular y el ángulo de enlace aproximado de cada uno, y argumenta por qué el $\text{BF}_3$ es plano y el $\text{NF}_3$ no lo es, aunque ambos tienen tres átomos de flúor.
Forma y polaridad
Un enlace es polar si los átomos tienen distinta electronegatividad: los electrones se acercan al átomo más electronegativo y se forma un dipolo de enlace (una flecha hacia ese átomo). Pero una molécula es polar solo si los dipolos no se cancelan.
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$\text{CO}_2$: los dos enlaces C=O son polares, pero apuntan en sentidos opuestos en una línea. Se cancelan y la molécula es no polar.
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$\text{CCl}_4$: cuatro enlaces polares en un tetraedro perfecto. Se cancelan y la molécula es no polar.
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$\text{H}_2\text{O}$: los dos dipolos O–H forman una V y se suman hacia el oxígeno. La molécula es polar.
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$\text{NH}_3$: también es polar, por su forma piramidal y su par libre.
Un estudiante afirma: «Toda molécula con enlaces polares tiene que ser una molécula polar». Pon a prueba esta afirmación con $\text{CO}2$, $\text{H}2\text{O}$ y…
Un estudiante afirma: «Toda molécula con enlaces polares tiene que ser una molécula polar». Pon a prueba esta afirmación con $\text{CO}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ y $\text{CCl}_4$. Para cada molécula, dibuja la estructura de puntos de electrones, indica la geometría, describe la dirección de los dipolos de enlace y decide si la molécula es polar. Indica si la afirmación es correcta y justifica tu respuesta.
Vuelve al principio: el agua es angular porque el oxígeno tiene 2 pares libres que empujan a los H, mientras que el $\text{CO}_2$ no tiene pares libres en el carbono y queda lineal.
Resumen
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Para dibujar una estructura de Lewis: cuenta los electrones de valencia, une los átomos, reparte los pares y revisa el octeto (H tiene 2).
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VSEPR: los pares de electrones se repelen y se acomodan lo más lejos posible. Cada enlace (sencillo, doble o triple) y cada par libre es una región.
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2 regiones: lineal ($180^\circ$). 3 regiones: trigonal plana ($120^\circ$). 4 regiones: tetraédrica ($109.5^\circ$).
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Los pares libres cambian la geometría molecular: $\text{NH}_3$ es piramidal ($107^\circ$) y $\text{H}_2\text{O}$ es angular ($104.5^\circ$).
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Una molécula es polar solo si los dipolos de enlace no se cancelan; la forma decide.