Universidad de Costa Rica

14b. Geometría molecular


Guía de experimentos de Química General

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Objetivos


Relacionar la fórmula y la estructura de Lewis de una sustancia con su estructura molecular.

Determinar la geometría de las moléculas, los ángulos de enlace, el tipo de hibridación del átomo central y la polaridad.

Dibujar su estructura.

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Introducción


La mayoría de los símbolos, fórmulas y ecuaciones químicas están escritas en dos dimensiones y sobre superficie planas. Sin embargo, las sustancias que representan existen en tres dimensiones en el espacio. Para entender muchos aspectos del comportamiento de las sustancias moleculares es necesario considerar cuál es la estructura o geometría de las moléculas.

Esta práctica intenta ayudar a relacionar las fórmulas de las sustancias con sus estructuras. Su habilidad para entender la unión y reactividad de varias sustancias se acrecentará si usted puede visualizar las moléculas en tres dimensiones, lo cual no es fácil. Por esta razón muchos químicos usan modelos para ver más fácilmente las relaciones tridimensionales. En este experimento se usará un programa de cómputo para revisar algunos conceptos geométricos e ilustrar varias relaciones estructurales.

Muchas estructuras importantes se identifican como sólidos poliédricos, tales como el octaedro, el tetraedro, el cubo o el dodecaedro. La descripción se usa por cuanto los átomos de la estructura ocupan posiciones que corresponden a los vértices y centro del poliedro (figura 14.1). Una molécula tetraédrica tiene cuatro átomos conectados a un átomo central; cada uno de ellos ocupa una posición que corresponde a uno de los vértices del tetraedro (figura 14.1-A y –B). Similarmente, una molécula octaédrica posee átomos en posiciones que corresponde a los vértices del octaedro, como también en su centro, como lo muestra la figura 14.1-C y –D. En la primera parte de este experimento se estudiarán algunas geometrías moleculares.

Figura 14.1: Molécula tetraédrica.

Figura 14.1. Molécula tetraédrica.

Figura 14.2: Molécula octaédrica.

Figura 14.2. Molécula octaédrica.

La geometría de una molécula depende, en gran parte, de la configuración electrónica de sus átomos. La aproximación más simple a la predicción de la forma de una molécula es la teoría del modelo RPECV (repulsión de pares de electrones de la capa de valencia). Esto requiere que se cuente el número de pares de electrones alrededor del átomo central.

Entonces, se usa la regla de que los dominios de electrones en el nivel de valencia alrededor de un átomo estarán lo más alejados uno del otro. Por lo tanto, el arreglo geométrico de los pares de electrones corresponde a un orbital lleno y puede predecir la geometría de los orbitales. Si no hay pares de electrones no enlazados sobre el átomo central, entonces la geometría molecular alrededor de ese átomo es la misma que la de los dominios de electrones. Si hay pares de electrones no enlazados, entonces la geometría molecular resulta diferente a la de los dominios de electrones. Solo las posiciones de los núcleos de los átomos se incluyen en la descripción de la geometría molecular.

En la primera parte de este experimento usted determinará la estructura de algunas moléculas y construirá modelos que las representen. Al final del experimento se examinarán algunos modelos que corresponden a moléculas de compuestos incógnita.

Procedimiento


Materiales

El estudiante debe ingresar a la página web: http://phet.colorado.edu/es/simulation/molecule-shapes Modelos estructurales. Estructuras para analizar como incógnitas.


A) Inicio del simulador

Ingresar a la página web: http://phet.colorado.edu/es/simulation/molecule-shapes,

Pulsar el ícono de inicio (play):

Figura 14.3: Simulador Molecule Shapes.

Figura 14.3. Simulador Molecule Shapes.

Seleccionar el cuadro que dice Real Molecules.

Figura 14.4: Sección Real Molecules.

Figura 14.4. Sección Real Molecules.

B) Análisis de modelos

Antes de iniciar, seleccionar en la pantalla del programa el tipo de análisis:

  1. Real.
  2. Geometría de la molécula (Molecule geometry).
  3. Geometría del electrón (Electron geometry).
  4. Mostrar pares de electrones solitarios (Show lone pairs)
  5. Mostrar ángulos de enlace (Show bond angles)

Analizar las seis estructuras prediseñadas del programa que fueran asignadas en clase y completar el cuadro 14b.1.

Resultados

Cuadro 14b.1: Análisis molecular de compuestos químicos

Compuesto            
Geometría de los dominios de electrones            
Geometría molecular            
Ángulos de enlace            
Hibridación            
Polaridad            
# Enlaces $\sigma$            
# Enlaces $\pi$            

 

C) Incógnita

Para poder resolver la incógnita, el estudiante debe ejecutar de nuevo el programa desde el principio y escoger la opción Model.

Figura 14.5: Sección Model.

Figura 14.5. Sección Model.

Una vez que inició la sesión, escoger las mismas opciones que utilizó en la sección anterior; como se muestra en la siguiente imagen.

Figura 14.6: Sección Model.

Figura 14.6. Sección Model.

Del set de tres fórmulas que le entregó el asistente, dibuje las estructuras de Lewis y, con base en estas, modele las estructuras en el programa.

Con los datos obtenidos complete el cuadro 14b.2.

Resultados

Cuadro 14b.2: Análisis molecular de los compuestos incógnita

Compuesto            
Geometría de los dominios de electrones            
Geometría molecular            
Ángulos de enlace            
Hibridación            
Polaridad            
# Enlaces $\sigma$            
# Enlaces $\pi$            

Cuestionario

El estudiante entregará un informe de no mayor a 2 páginas, con el siguiente esquema:

  • Universidad, siglas del curso, número de grupo, nombre de asistente, nombre, número de carné de estudiante y fecha de la práctica.
  • Título de la práctica.
  • Luego de este encabezado, se adjuntan los cuadros 14b.1 y 14b.2 completos con las estructuras seleccionadas y las incógnitas, respectivamente.
  • Por último, explicar las asignaciones de los ángulos de enlace y polaridad de cada una de las incógnitas.

En las siguientes direcciones de Internet se puede encontrar información complementaria sobre geometría de compuestos químicos capítulo 7: http://www.uv.es/lahuerta/ y http://wps.prenhall.com/esm_brown_chemistry_9/2/667/170888.cw/index.html

Bibliografía


Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. San José: Editorial Universidad de Costa Rica, 1983.

Elaborado por Julio Otárola y Laura Calderón.