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2° CT · Química
Estructura de la materia · Enlace y propiedades

Geometría, hibridación y polaridad

Te conviene dominar: Enlace iónico, covalente y metálico (9.° grado de Educación Básica Integrada (3.° de liceo))
Te conviene dominar: Periodicidad de las propiedades (9.° grado de Educación Básica Integrada (3.° de liceo))

Una estructura de Lewis dice qué átomos están unidos, pero no cómo quedan ubicados en el espacio. Los electrones se repelen y se acomodan lo más lejos posible unos de otros. Esa idea sencilla alcanza para predecir la forma de una molécula y, con ella, si será polar o no. Pensá en el agua: ¿por qué un chorrito de agua se desvía hacia una regla de plástico frotada y uno de tetracloruro de carbono no?

El modelo RPECV: pares de enlace y pares libres

Experimentalmente se sabe que el $\mathrm{BeF_2}$ es una molécula recta ($180^\circ$) y que el $\mathrm{BF_3}$ es un triángulo plano ($120^\circ$). ¿Qué regla decide a qué distancia angular quedan los enlaces entre sí?

Los pasos para aplicarla: dibujá la estructura de Lewis, contá las regiones de enlace y los pares libres del átomo central, y ubicá esas regiones lo más separadas posible.

Regiones $\mathrm{AX}_n\mathrm{E}_m$ Geometría electrónica Geometría molecular Ángulo ideal
2 $\mathrm{AX_2}$ lineal lineal $180^\circ$
3 $\mathrm{AX_3}$ trigonal plana trigonal plana $120^\circ$
3 $\mathrm{AX_2E}$ trigonal plana angular $<120^\circ$
4 $\mathrm{AX_4}$ tetraédrica tetraédrica $109{,}5^\circ$
4 $\mathrm{AX_3E}$ tetraédrica pirámide trigonal $<109{,}5^\circ$
4 $\mathrm{AX_2E_2}$ tetraédrica angular $<109{,}5^\circ$
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Considerá las moléculas gaseosas de difluoruro de berilio, $\mathrm{BeF_2}$, y trifluoruro de boro, $\mathrm{BF_3}$. Los números atómicos de los elementos constituyentes…

Considerá las moléculas gaseosas de difluoruro de berilio, $\mathrm{BeF_2}$, y trifluoruro de boro, $\mathrm{BF_3}$. Los números atómicos de los elementos constituyentes son $Z(\mathrm{Be}) = 4$, $Z(\mathrm{B}) = 5$ y $Z(\mathrm{F}) = 9$.

  1. a) Deducí la estructura de Lewis de cada molécula e indicá la fórmula RPECV del tipo $\mathrm{AX}_n\mathrm{E}_m$ en torno al átomo central.
  2. b) Indicá la geometría molecular y el ángulo de enlace previsto en cada caso.
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Los pares libres también ocupan espacio

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Las moléculas de metano, $\mathrm{CH_4}$, amoníaco, $\mathrm{NH_3}$, y agua, $\mathrm{H_2O}$, forman una serie clásica de especies isoelectrónicas de valencia con átomo…

Las moléculas de metano, $\mathrm{CH_4}$, amoníaco, $\mathrm{NH_3}$, y agua, $\mathrm{H_2O}$, forman una serie clásica de especies isoelectrónicas de valencia con átomo central del segundo período. Datos de ángulos de enlace experimentales: $\alpha(\mathrm{H-C-H}) = 109,5^\circ$, $\beta(\mathrm{H-N-H}) = 107,3^\circ$, $\gamma(\mathrm{H-O-H}) = 104,5^\circ$.

  1. a) Escribí la fórmula RPECV para cada una de las tres moléculas y determiná su geometría electrónica y su geometría molecular.
  2. b) Justificá la disminución progresiva del ángulo de enlace observado en la serie a partir de las repulsiones relativas entre pares enlazantes y pares solitarios.
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Polaridad molecular: suma vectorial de dipolos

Al acercar una regla de plástico frotada a un hilo fino de agua, el chorro se desvía hacia ella. Con tetracloruro de carbono no pasa nada, aunque sus enlaces son muy polares. ¿Por qué unas moléculas sienten el campo eléctrico y otras no?

Suma vectorial de momentos dipolares: el dióxido de carbono lineal es apolar porque sus dipolos opuestos se anulan, mientras que el agua angular es polar con un dipolo neto no nulo. CO₂ (lineal):dipolos opuestos → μ = 0 C O O H₂O (angular):dipolos se suman → μ ≠ 0 O H H μ resultante
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La molécula de tetracloruro de carbono, $\mathrm{CCl_4}$, posee enlaces fuertemente polarizados debido a la diferencia de electronegatividad entre el cloro (…

La molécula de tetracloruro de carbono, $\mathrm{CCl_4}$, posee enlaces fuertemente polarizados debido a la diferencia de electronegatividad entre el cloro ($\chi = 3,16$) y el carbono ($\chi = 2,55$). No obstante, las medidas experimentales demuestran que su momento dipolar global es nulo ($\mu = 0\,\mathrm{D}$).

  1. a) Justificá la geometría molecular del $\mathrm{CCl_4}$ según el modelo RPECV a partir de las configuraciones de valencia ($Z(\mathrm{C}) = 6$, $Z(\mathrm{Cl}) = 17$).
  2. b) Razoná vectorialmente por qué la molécula es apolar a pesar del carácter polar de sus enlaces individuales.
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El dióxido de carbono, $\mathrm{CO_2}$, y el agua, $\mathrm{H_2O}$, son moléculas triatómicas con enlaces polares debido a la elevada electronegatividad del oxígeno…

El dióxido de carbono, $\mathrm{CO_2}$, y el agua, $\mathrm{H_2O}$, son moléculas triatómicas con enlaces polares debido a la elevada electronegatividad del oxígeno frente a la del carbono y a la del hidrógeno. Sin embargo, su comportamiento ante un campo electrostático es radicalmente distinto. En la siguiente ilustración se representan las orientaciones espaciales y los momentos dipolares de enlace para ambas sustancias:

Dióxido de carbono (CO₂) O C O μ μ Agua (H₂O) μ μ O H H
  1. a) Justificá la geometría molecular de ambas especies utilizando la teoría RPECV (especificá la notación $\mathrm{AX}_n\mathrm{E}_m$).
  2. b) Deducí a partir de la suma vectorial de los momentos dipolares de enlace si cada molécula posee o no momento dipolar molecular resultante.
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Ampliación: hibridación y enlaces σ y π

El carbono en estado fundamental es $2s^2 2p^2$, con solo dos electrones desapareados. Sin embargo, en el metano forma cuatro enlaces equivalentes a $109{,}5^\circ$. ¿Cómo se explica?

Hibridación del carbono: orbitales sp³ tetraédricos en metano, sp² trigonales con enlace doble en eteno y sp lineales con enlace triple en etino. sp³ (CH₄) sp² (eteno, C=C) sp (etino, C≡C)

Resumen

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