Geometría molecular
Las moléculas no son planas ni lineales salvo en casos específicos. Tienen formas 3D determinadas por la repulsión entre electrones. Las formas dictan propiedades (polaridad, reactividad, reconocimiento biológico).
Teoría VSEPR (RPECV)
Valence Shell Electron Pair Repulsion (Gillespie y Nyholm): los pares de electrones de valencia alrededor del átomo central se disponen para minimizar la repulsión entre sí.
Pares considerados:
- Pares enlazantes (σ).
- Pares libres (lone pairs), que repelen más que los enlazantes.
Formas básicas
Según el número de regiones electrónicas (pares enlazantes + libres):
| # regiones | Disposición | Ángulos |
|---|---|---|
| 2 | Lineal | 180° |
| 3 | Trigonal plana | 120° |
| 4 | Tetraédrica | 109,5° |
| 5 | Bipirámide trigonal | 90°, 120° |
| 6 | Octaédrica | 90° |
Geometría molecular (vs. electrónica)
La geometría molecular solo considera los átomos, no los pares libres. Por eso puede diferir de la electrónica.
4 regiones (tetraédrica electrónica)
| Pares enlaz. | Pares libres | Geometría molecular | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| 4 | 0 | Tetraédrica | CH₄ |
| 3 | 1 | Piramidal trigonal | NH₃ |
| 2 | 2 | Angular | H₂O |
5 regiones (bipirámide trigonal electrónica)
| Enlaz | Libres | Molecular | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| 5 | 0 | Bipirámide trigonal | PCl₅ |
| 4 | 1 | ”Balancín” (seesaw) | SF₄ |
| 3 | 2 | Forma de T | ClF₃ |
| 2 | 3 | Lineal | XeF₂ |
6 regiones (octaédrica electrónica)
| Enlaz | Libres | Molecular | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| 6 | 0 | Octaédrica | SF₆ |
| 5 | 1 | Pirámide cuadrada | BrF₅ |
| 4 | 2 | Plano cuadrada | XeF₄ |
Hibridación
Concepto cuántico complementario: los orbitales atómicos puros (s, p, d) se mezclan para formar orbitales híbridos con geometrías específicas.
| Hibridación | # orbitales | Geometría | Ángulos |
|---|---|---|---|
| sp | 2 | Lineal | 180° |
| sp² | 3 | Trigonal plana | 120° |
| sp³ | 4 | Tetraédrica | 109,5° |
| sp³d | 5 | Bipirámide trigonal | 90°, 120° |
| sp³d² | 6 | Octaédrica | 90° |
Ejemplos
- CH₄: C sp³, tetraédrico.
- C₂H₄ (eteno): C sp², plano; enlace doble.
- C₂H₂ (etino): C sp, lineal; enlace triple.
- NH₃: N sp³ con un par libre.
- H₂O: O sp³ con dos pares libres.
Enlaces sigma y pi
- σ (sigma): solapamiento frontal, a lo largo del eje internuclear. Presente en todos los enlaces.
- π (pi): solapamiento lateral, por encima y debajo del eje. Presente en enlaces dobles y triples.
Un enlace doble = 1 σ + 1 π. Un enlace triple = 1 σ + 2 π.
Polaridad molecular
Momento dipolar (μ)
Vector suma de los dipolos de enlace.
- Si los dipolos se cancelan por simetría → molécula apolar.
- Si no se cancelan → molécula polar.
Ejemplos
- CO₂: lineal O=C=O. Los dos dipolos se cancelan → apolar.
- H₂O: angular. Los dipolos no se cancelan → polar (μ = 1,85 D).
- CCl₄: tetraédrico simétrico → apolar (aunque cada enlace C-Cl es polar).
- CHCl₃ (cloroformo): asimétrico → polar.
Por qué importa la geometría
Reactividad
La geometría expone o protege regiones reactivas.
Reconocimiento molecular
- Enzima-sustrato (llave-cerradura).
- Receptor-fármaco.
- Antígeno-anticuerpo.
Propiedades físicas
- Polaridad → solubilidad, punto de ebullición.
- Empaquetamiento cristalino.
Química biológica
- Plegamiento de proteínas.
- Estructura del ADN (doble hélice requiere geometrías específicas).