This course is designed to cover subjects in advanced high school chemistry courses, correlating to the standard topics as established by the American Chemical Society. This course is a precursor to the Advanced Chemistry Coursera course. Areas that are covered include atomic structure, periodic trends, compounds, reactions and stoichiometry, bonding, and thermochemistry.
6.07 VSEPR Part 2
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Del curso dictado por University of Kentucky
Chemistry
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De la lección
Week 6
This unit looks more in depth at molecular compounds to see how they are bonded together by looking at Lewis structures. These structures provide information about the types of bonds (single, double, or triple) as well as the connectivity of atoms. By knowing the Lewis structure, we can also predict the three-dimensional geometry of an individual molecule.
Conoce a los instructores
Dr. Allison SoultLecturer
Chemistry
Dr. Kim WoodrumSr. Lecturer
Chemistry
Ahora echaremos un vistazo a algunas de las geometrías de las que hablamos
en química y las veremos basándonos en sus estructuras de Lewis.
En esta, de hecho, hemos dibujado la estructura de Lewis,
porque la clave es que tenemos que mirar la estructura de Lewis y
determinar el número de grupos de electrones alrededor de ese átomo central.
Aquí tenemos dos grupos de electrones.
Por tanto, tenemos la forma general AX2.
A es nuestro átomo central, en este caso, ese va a ser el carbono.
X representa el grupo enlazante, y de nuevo,
no me preocupan estos electrones sobre el oxígeno,
porque realmente no están cambiando nada de la geometría
en torno al carbono.
Son una parte importante de la estructura de Lewis, pero
no influyen en la geometría de los enlaces alrededor de ese átomo de carbono central.
Por lo que, cuando tenemos algo que tiene esta forma general: AX2, un átomo central y
dos grupos enlazantes.
lo que vemos es que nuestra geometría electrónica es lineal y
nuestra geometría molecular es lineal.
Cuando empezamos a introducir estructuras en las que tenemos algún grupo enlazante y
algún grupo no enlazante, entonces tendremos que considerar geometrías moleculares diferentes.
Las geometrías electrónicas, las cuales deberían mejor llamarse grupos electrónicos, pero
decimos pares electrónicos para ser coherentes con nuestro acrónimo TRePEV.
Nuestra geometría electrónica describe la posición de todos los electrones.
Cuando hablamos de geometría molecular, sabemos que esos pares solitarios afectan
a la geometría y a los ángulos de esos enlaces, pero
vamos a describir solo a lo que se parece con los grupos enlazantes.
Ahora, podemos observar nuestra geometría electrónica triangular plana.
Y eso es lo que sucede cuando tenemos tres grupos alrededor del átomo central.
Vamos a ver dos ejemplos diferentes aquí: el BF3 y el SO2.
Y no vamos a dibujar las estructuras de Lewis aquí, pero voy a decirte
que cuando consideramos estructuras de Lewis, vemos que nuestro átomo central A representa
esto y tenemos tres grupos enlazantes, con lo que esto tiene tres grupos enlazantes.
Por tanto, cuando tenemos tres grupos enlazantes, sabemos que la geometría electrónica
va a denominarse triangular plana.
Porque, recuerda, estamos intentando expandir estos grupos alrededor de forma uniforma, de modo
que estén maximizando la distancia entre ellos.
Así que esto es la triangular plana.
Nuestra geometría molecular sigue siendo triangular plana, porque todos nuestros grupos
son grupos enlazantes.
Y este va a ser el caso siempre que el número de
grupos de electrones sea igual al número de grupos enlazantes.
En otras palabras, sin grupos no enlazantes, estos dos siempre serán iguales.
Ahora vamos a hablar de un ejemplo diferente, en el que tenemos SO2.
Aquí seguimos teniendo tres grupos de electrones, pero
tenemos dos grupos enlazantes y un grupo no enlazante.
Y lo que vemos es que un grupo no enlazante sigue influyendo la posición,
sigue influyendo en la posición de estos dos grupos enlazantes, pero cuando
miro la geometría electrónica, lo que veo es que sigue siendo triangular plana.
Porque eso se basa solo en el número de grupos de electrones alrededor del átomo
central, independientemente de si son enlazantes o no enlazantes.
Ahora, cuando miro la geometría molecular, tengo que recordar
que hay un par de electrones solitarios sobre ese átomo central.
Y por eso,
se van a afectar los ángulos entre estos otros dos grupos enlazantes.
Una forma de pensar en esto es imaginar que estás haciendo algo que
probablemente sabes que, en primer lugar, no deberías estar haciendo.
Y oyes esta vocecita en tu cabeza.
Probablemente suena algo parecido a la voz de tus padres.
Puede que la voz de tu madre o tu padre, y está diciendo:
sabes que no deberías estar haciendo esto.
Bueno, eso es lo que es este par de electrones es.
No los podemos ver, pero siguen afectando nuestro comportamiento.
No podemos ver estos pares de electrones solitarios, pero
están influyendo en la posición de estos grupos enlazantes.
Describimos esto como angular.
No puede ser lineal, porque aún tenemos que considerar que tenemos estos
electrones no enlazantes sobre ese átomo central.
Ahora también tenemos algunos pares solitarios aquí, sobre nuestros oxígenos.
Pero lo que hay que recordar es que existen como estas voces en la cabeza
de alguien.
No afectan la geometría alrededor del nuestro átomo central o
el azufre, en este ejemplo concreto.
Y siempre que tengamos el tipo de molécula AX2E, tendremos
una geometría electrónica triangular plana y una gemetría molecular angular.
Una vez que dibujemos nuestra estructura de Lewis, si podemos escribir esta fórmula general
para nuestra molécula, nos hará la vida mucho más fácil
tanto para la asignación de esas geometrías electrónicas, como la de esas geometrías moleculares.
Vamos a ver ahora la geometría tetraédrica.
Aquí tenemos cuatro grupos de electrones alrededor de nuestro átomo central.
Para esta molécula, por ejemplo el CH4, tenemos cuatro grupos enlazantes;
tenemos la forma general AX4. Para
el NH3, el cual vimos antes, tenemos tres grupos enlazantes y
uno no enlazante.
Y para el agua, vemos dos enlazantes y dos no enlazantes.
De nuevo, obtengo esta información de nuestra estructura de Lewis.
Así que, lo primero que tengo que hacer antes de determinar la geometría
es determinar la estructura de Lewis de esa molécula.
Aquí tenemos nuestros 4 grupos enlazantes.
Tenemos AX4.
En el ejemplo de nuestro amoníaco tenemos tres enlazantes y uno no enlazante.
Aquí tenemos ahora AX3E.
Recuerda que esto representa el número de grupos no enlazantes
y X es el número de grupos enlazantes.
No es necesariamente el número de enlaces;
es el número de grupos enlazantes.
Los dobles y triples enlaces siguen contando como un solo grupo.
Entonces llegamos al agua y vemos que tenemos AX2E2,
tenemos dos grupos enlazantes y dos grupos no enlazantes.
Nota que para todas estas moléculas nuestra geometrías electrónicas son todas son tetraédricas,
porque todas tienen cuatro grupos de electrones.
Eso es lo que estas moléculas tienen en común.
La única cosa que va a ser diferente en ellas es su
geometría molecular.
Así que, para nuestro primer ejemplo, para el metano o CH4, tenemos todo grupos enlazantes,
sin grupos no enlazantes.
Por tanto, nuestra par geometría electrónica y
molecular será exactamente la misma.
Cuando pasamos al NH3, vemos que tenemos forma tetrahédrica y
nuestra geometría molecular es una pirámide trigonal.
Porque, recuerda, tenemos una base con una forma triangular.
Y esto no será un plano como vimos en la triangular plana,
este átomo está en un plano diferente.
Recuerda que aquí nuestros ángulos de enlace no son de 120 grados.
Idealmente, nuestros ángulos de enlace son de 109.5 grados, y por tanto,
aquí los ángulos de enlace van a ser ligeramente menores que 109.5, porque
ese par de electrones solitario está comprimiendo esos ángulos.
Cuando llegamos a la molécula de agua,
de nuevo tenemos dos pares solitarios que están comprimiendo estos ángulos,
por lo que nuestros ángulos de enlace son mucho menores que 109.5 y menores de lo que vimos en el amoníaco.
Y describimos esto como angular.
También vimos algo que tenía forma angular cuando vimos la geometría triangular plana,
cuando hablamos del AX2E.
También tenía una geometría molecular angular, pero recuerda que ese ángulo es solamente un poco menor
de 120 grados; este ángulo es menor de 109.5 grados.
Por tanto, ambos se describen como angular, pero son diferentes el uno del otro porque
tienen un ángulo distinto entre esos grupos enlazantes.
Ahora podemos considerar la geometría electrónica bipirámide trigonal.
Aquí tenemos cinco grupos de electrones alrededor de nuestro átomo central.
No importa si son enlazantes o no enlazantes, nuestra geometría electrónica
siempre va a ser bipirámide trigonal o pirámidel trigonal.
Cualquiera de los términos se considerará correcto, con lo que
conforme analizo aquí mis muestras, tengo cinco grupos enlazantes en el primero.
Tengo cuatro enlazantes y uno no enlazante.
Aquí tengo tres enlazantes y dos no enlazantes.
Y finalmente, dos enlazantes
y tres no enlazantes.
Pero sigo teniendo cinco grupos en cada uno de ellos.
Como resultado, sus geometrías electrónicas van a ser todas las mismas.
Sin embargo, sus geometrías moleculares van a ser diferentes.
Cuando miramos el primer ejemplo, en el que tenemos todos los grupos enlazantes,
sabemos que nuestra geometría electrónica y nuestra geometría molecular van a ser
exactamente la misma, porque todas las posiciones están ocupadas por grupos enlazantes.
Ahora, la geometría bipirámide trigonal es un poco diferente a las otras,
porque en aquellas teníamos más o menos un ángulo en el que se basaba todo.
Cuando cosideramos la forma bipirámide trigonal, vemos algo un poco diferente.
Tenemos dos ángulos diferentes.
Aquí tenemos ángulos de 90 grados entre los átomos, lo que equivale a ir desde estos
-lo que llamamos nuestras posiciones axiales-, hasta nuestros átomos ecuatoriales.
Tenemos 90 grados, pero si aquí miro entre dos átomos
en estas posiciones ecuatoriales,
o entre los tres del medio, su ángulo ideal es 120 grados.
Y donde esto va a jugar un papel importante es cuando consideramos dónde están
colocados los pares solitarios en las moléculas,
porque si tomo un electrón de una posición axial,
frente a una posición ecuatorial y luego lo reemplazo por pares de electrones solitarios,
eso va a cambiar qué átomos están más cerca a ese par solitario.
Así que, siempre voy a tener que hacerlo de la misma manera.
Cuando considero mi AX4E, cuatro enlazantes y uno no enlazante,
realmente llamamos a esta geometría molecular balancín.
Aquí están las patas de nuestro balancín y
aquí están nuestros asientos, donde podríamos estar sentados.
De ahí es de donde obtenemos la forma balancín.
Nuestro par de electrones solitarios en realidad va en esta posición,
en una de las posiciones ecuatoriales, porque eso es lo que maximiza su distancia
de la mayoría de esos grupos enlazantes.
Y así va a ocurrir siempre
con nuestra geometria electrónica bipirámide trigonal.
Cuando considero mi siguiente modelo, AX3E2,
ahora obtengo una forma de T, y de nuevo, estoy reemplazando otro de esos
grupos enlazantes ecuatoriales con un par de electrones solitario, con lo que ahora tenemos nuestra forma de T.
Y luego, con dos grupos enlazantes y tres grupos no enlazantes, ahora hemos reemplazado todos
mis grupos enlazantes ecuatoriales con grupos no enlazantes.
Y como resultado, obtengo algo que es lineal, con lo que
ahora estoy volviendo a ese ángulo de 180 grados que vimos anteriormente.
Pero también sé que tenía tres pares solitarios alrededor de ese átomo central,
por lo que esto es lineal.
Sigue siendo el mismo enlace que vimos con la geometría electrónica lineal,
pero la estructura parece un poco diferente, porque tenemos dos grupos enlazantes, pero
también tenemos esos tres grupos no enlazantes.
Ahora podemos considerar la geometría octaédrica,
en la que tenemos seis grupos de electrones alrededor del átomo central.
Cuando pasamos a la forma octaédrica, ahora tenemos ángulos de 90 grados.
Y, de hecho, todos los ángulos son iguales en nuestra estructura ideal.
A diferencia de la bipirámide trigonal, en la que tenemos algunos ángulos de 90 y algunos de 120 grados,
aquí tenemos todos los ángulos de 90 grados.
Lo que vemos ahora
es que tenemos la forma general AX6, porque tenemos seis grupos enlazantes.
Nuestra geometría electrónica y molecular es la misma;
llamamos a esto octaédrica, porque tenemos todos los grupos enlazantes.
La geometría molecular también es octaédrica.
Cuando pasamos a nuestro siguiente ejemplo, en el que empezamos a reemplazar un grupo enlazante por
uno no enlazante, aquí tenemos cinco grupos enlazantes y uno no enlazante.
Tenemos nuestra forma general AX5E; nuestra geometría electrónica es octaédrica
y nuestra geometría molecular es ahora pirámide cuadrada o piramidal cuadrada.
Entonces, si miro estos átomos por la base, forman un cuadrado
y van a tener una forma piramidal saliendo de ese átomo central.
Esa es nuestra pirámide cuadrada.
Tengo un par solitario aquí, en la base.
Y como todos mis ángulos son iguales, no importa donde está ese primer par solitario,
al contrario que en la bipirámide trigonal,
donde teníamos que colocarlos en una posición específica: axial frente ecuatorial.
Aquí todos los ángulos son iguales, así que realmente no importa.
Sin embargo, cuando pasamos al segundo par de electrones solitarios,
aquí tenemos cuatro grupos enlazantes y dos no enlazantes.
Ahora sí importa donde están esos grupos de electrones.
Por tanto, lo que quiero hacer es maximizar la distancia entre los grupos
enlazantes, pero
también queremos maximizar la distancia entre esos pares de electrones solitarios
y la manera en la que podemos hacer eso es colocándolos en lados opuestos.
Básicamente, en esta posición y esta posición.
Colocando los pares solitarios ahí
estamos maximizando la distancia entre los pares solitarios,
tanto como podamos maximizar la distancia entre los pares solitarios y
los grupos enlazantes.
Aquí tenemos una geometría electrónica octaédrica porque seguimos teniendo seis grupos,
pero ahora tenemos una geometría molecular cuadrada plana, porque los cuatro
grupos enlazantes que quedan están todos formando un cuadrado
y están todos en el mismo plano.
Vamos a ver ahora un ejemplo.
A ver si tú puedes determinar la geometría electrónica del I3-.
Recuerda, primero tienes que dibujar la estructura de Lewis para esta molécula.
Nuestra geometría electrónica para el I3- es bipirámide trigonal.
Cuando miro mi estructura de Lewis veo que tengo tres átomos de yodo
y tengo 21 electrones del I3, más 1 de la carga negativa,
con lo que tengo 22 electrones.
Y cuando empiezo a rellenar, relleno primero mis átomos terminales.
He completado mi octeto sobre mis átomos terminales y
ahora puedo colocar mis electrones alrededor de mi átomo central.
Tengo un caso en el que tengo un octeto expandido, y eso está bien,
porque el yodo está lo suficientemente bajo en la Tabla Periódica como para que eso pase.
Recuerda, es solamente la segunda fila de elementos la que no puede tener
un octeto expandido.
Cuando miro mi estructura de aquí,
he usado 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 , 18, 20, 22 electrones.
Sé que tengo una estructura de Lewis aceptable.
Mis dos átomos externos tienen un octeto de electrones, y
de hecho, el átomo central tiene 10 electrones alrededor de él.
Cuando considero mi geometría electrónica,
realmente solamente me preocupo de ese átomo central.
Aquí veo que tengo tres grupos no enlazantes y
dos grupos enlazantes.
Y como tengo un total de cinco grupos,
independientemente de si son enlazantes o no enlazantes, eso me da
una bipirámide trigonal o una geometría bipiramidal trigonal.
Recuerda, la forma octaédrica tiene seis grupos.
La tetraédrica tiene cuatro.
La triangular plana tres.
Y la lineal, como geometría electrónica tiene dos grupos
y la angular, de hecho, no es una geometría electrónica.
Ahora que sabemos la geometría electrónica del I3-,
vamos a encontrar la geometría molecular.
Ahora que sé la geometría electrónica, puedo buscar
la geometría molecular del I3-.
De nuevo, voy a volver a mi estructura de Lewis que determiné para el I3-.
Teníamos nuestros átomos de yodo terminales y un octeto completo.
Y teníamos tres pares solitarios alrededor de ese yodo central.
Escribiremos corchetes ahí, con una carga negativa, indicando que esto es un ión.
Quiero escribir la forma general de esta molécula, que es A para
el átomo central,
X2, que representa los dos grupos enlazantes y luego E3,
que representa los tres grupos no enlazantes alrededor de ese átomo central.
Y siempre que tengamos algo con la forma AX2E3,
va a tener una geometría molecular lineal.
Para una bipirámide trigonal, si esa fuese nuestra geometría molecular, tendríamos AX5.
Triangular plana sería AX3.
Angular podría ser un par de cosas:
AX2E o AX2E2.
Forma de T viene de nuestra geometría bipirámide trigonal,
por lo que tenemos AX3E2. Y balancín será AX4E.
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