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EXPERIMENTO N°9 GEOMETRÍA MOLECULAR Autores: Luis Almengor ,4-799-1669, Kevin Batista 4-794-28, Francisco Caballero 4-800-726, Ashly Fuentes 4-797-1274

Ingeniería civil – Centro regional de Chiriquí – Universidad Tecnológica de Panamá Resumen En este documento presentamos los datos recopilados durante nuestra experiencia de laboratorio. La geometría molecular es la distribución tridimensional de los átomos de una molécula. Durante la experiencia hemos podido analizar los diversos tipos de moléculas, algunas en que los átomos no tienen pares libres, moléculas en las que el átomo central tiene pares libres y la hibridación de algunos átomos, todo ello representándolo mediante el uso de globos. Pudimos aprender como poder predecir la estructura de algunos compuestos de acuerdo a los átomos que los conforman, así como también a clasificarlos mediante el uso de tablas que definen el tipo específico de estructura que poseen y la gran importancia que tiene el saber identificar y diferenciar cada una de ellas. Palabras Clave: Geometría Molecular, distribución, átomo. Summary In this document we present the data collected during our laboratory experience. Molecular geometry is the three-dimensional distribution of the atoms of a molecule. During the experiment we have been able to analyze the different types of molecules, some in which the atoms do not have free pairs, molecules in which the central atom has free pairs and the hybridization of some atoms, all representing it by the use of balloons. We were able to learn how to predict the structure of some compounds according to the atoms that make them, as well as to classify them by using tables that define the specific type of structure they possess and the great importance of knowing how to identify and differentiate each one of them. Keywords: Molecular geometry, distribution, atom. MARCO TEÓRICO La geometría molecular es la distribución tridimensional de los átomos de una molécula. Esta influye en las propiedades físicas y químicas, como el punto de fusión, punto de ebullición, densidad, y el tipo de reacciones en que pueda participar. La geometría molecular es fácil de predecir, si se conoce el número de electrones que rodean al átomo central, según la estructura de Lewis. Este hecho se fundamenta en la suposición de que los pares de electrones de la capa de valencia de un átomo se repelen entre sí. La geometría que al final adopta la molécula es aquella en la que la repulsión es mínima. El

enfoque que se utiliza para estudiar la geometría molecular se denomina modelo de la repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV). Con este modelo se puede predecir la geometría de las moléculas (e iones) de manera sistemática. Para lograrlo dividiremos las moléculas en dos categorías, dependiendo de la presencia o ausencia de pares electrónicos libres en el átomo central. La determinación de la geometría de una molécula es más complicada si el átomo central tiene tanto pares libres como pares enlazantes. En esa molécula hay tres tipos de fuerzas de repulsión. De acuerdo al modelo RPECV, las fuerzas de repulsión disminuyen según el siguiente orden: Repulsión de par

libre contra par libre > repulsión de par libre contra par enlazante > repulsión de par enlazante contra par enlazante. Para describir la formación del enlace covalente y la estructura electrónica de las moléculas usaremos la teoría del enlace valencia, la cual supone que los electrones de una molécula ocupan orbitales atómicos de los átomos individuales.

I. Parte Moléculas en las que el átomo central tiene pares libres.  Prediga la geometría para el H2S, utilizando el modelo RPECV  Represente con la ayuda de modelos su geometría.  Repita el procedimiento indicado con: NF3, O3, BrF3 IF5 y I3-

OBJETIVOS  Utilizar el modelo RPECV para predecir la geometría molecular en moléculas cuyo átomo central tiene o no tiene pares libres.



 Determinar la hibridación del átomo central y representar su diagrama de orbitales utilizando la teoría del enlace valencia.



 Representar el solapamiento de orbitales



puros.

III. Parte Hibridación Determine la hibridación del átomo central en el SiH4. Represente su diagrama orbital. Represente la distribución espacial de los orbitales híbridos con la ayuda de globos. ¿Cuál es el valor del ángulo de enlace entre sus átomos. Repita el procedimiento indicado con: AlCl3 y PF3

MATERIALES Y REACTIVOS Materiales  Tabla Periódica  Paquete de globos  Tablas 10.1 10.2 y 10.4 del Raymond Chang sexta edición.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

I Parte: BCl3

Reactivos: Ninguno PROCEDIMIENTO

  

II. Parte Moléculas en las que el átomo central no tiene pares libres. Prediga la geometría para el B𝐶𝑙3 , utilizando el modelo RPECV. Represente su geometría con la ayuda de modelos. Repita el procedimiento indicado para: Si𝑯𝟒 , Ca𝑩𝒓𝟑 , B𝑭𝟑 , P𝑪𝒍𝟓 , Se𝑭𝟔 .

La molécula tendrá forma trigonal plana SiH4

CUESTIONARIO

1. Dibuje la forma de una molécula triatómica lineal, una plana trigonal que contenga cuatro átomos, una tetraédrica, una bipiramidal trigonal y una octaédrica. Proporciona los ángulos de enlace en cada caso.

2. En la distribución bipiramidal trigonal. ¿por qué un par libre ocupa una posición ecuatorial en lugar de ocupar una posición axial? R= Esto es debido a la hibridación que va a determinar la posición en los ejes en este caso particular, esta geometría aplica únicamente para los metales de configuración d y los orbitales de estos se encuentras uno sobre los ejes y otro entre los ejes. Como en la bipirámide trigonal generalmente se encuentra que solo hay un par libre esto favorece que vaya en una posición ecuatorial. En la geometría propuesta, el par solitario ocupa la posición ecuatorial, sufriendo repulsiones con dos pares enlazantes (axiales) que se encuentran a 90º. Si hubiéramos colocado el par solitario en posición axial las interacciones habrían sido con tres pares enlazantes a 90º. 3. ¿Qué es la teoría del enlace de valencia? ¿En qué se diferencia del concepto de Lewis sobre el enlace químico? R= La teoría del enlace de valencia explica la naturaleza de un enlace químico en una molécula, resume la regla que el átomo central en una molécula tiene a formar pares de electrones, en concordancia con restricciones geométricas, según está definido por la regla del octeto. La teoría del enlace de valencia está cercanamente relacionada con la teoría del orbital molecular. El concepto de Lewis es en esta representación el cual se usa para saber la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactúan con otros o entre su misma especie, formando enlaces ya sea simples, dobles o triples y estos se encuentran íntimamente en relación con los enlaces químicos entre las moléculas y su geometría molecular, y la distancia que hay entre cada enlace formado

4. ¿Cuál es la diferencia entre un orbital híbrido y un orbital atómico puro? R=  El orbital hibrido es aquel orbital que perteneciendo a un nivel de energía tiene la capacidad de mezclarse con otro cuando uno de sus electrones describe una órbita tanto dentro del campo perteneciente a un orbital como a otro orbital. Esto se da entre los orbitales S y P, formando orbitales híbridos sp.  Un orbital atómico puro es aquel cuyos electrones siempre giran dentro del campo que corresponde a dicho orbital.

En una molécula tipo AB3E2 los pares solitarios tienden a ubicarse en posiciones ecuatoriales y la forma geométrica para esta molécula es en forma de una letra T Un ejemplo de este tipo de molécula es el trifluoruro de cloro (ClF3). 7. Describa el estado de hibridación Br en BrF5. Represente su diagrama orbital. Br = 1s22s22p63s23p64s23d104p5

4s2

4p5

5. ¿Cuál es el ángulo entre dos orbitales híbridos del mismo átomo en las hibridaciones sp, sp2, Sp3? R= Los ángulos correspondientes son:  Sp tiene geometría lineal, ángulo de 180°  Sp2 geometría trigonal, ángulos de 120°  Sp3 geometría tetraédrica, ángulos de 109.3°, pero pueden variar como en el agua ya que no todos los pares están enlazados y los pares libres ocupan más espacio que los de enlace 6. Describa el estado de hibridación Cl en ClF3 Represente su diagrama orbital. Cl = 1s22s22p63s23p5

Geometría: forma de T

3s2

3p5 Hibridación sp3d

Orbitales no enlazantes (pares libres)

Piramidal cuadrada

Hibridación sp3d2 Orbitales no enlazantes El átomo central es el Br por estar en menor cantidad, como para que el F alcance el octeto necesita la compartición de un solo par de electrones entonces existirían 5 enlaces con el Br. pero el Br tiene 7 e- en su último nivel por lo que queda un par no enlazante. Entonces su hibridación seria "sp3d2" y con geometría piramidal cuadrada. Es una molécula tipo AB5E 8. Especifique qué orbitales híbridos utiliza el átomo de carbono en las siguientes especies: 1)H3C – CH3 2) H3C – CH CH2 3) H3C–C CH R=  En el caso 1 el átomo de carbono utiliza orbitales sp3 para formar la molécula.

 En el segundo caso, el átomo de carbono utiliza orbitales sp3 y también orbitales sp2.  En el último caso, el átomo de carbono emplea orbitales sp3 y sp 9. Prepara esquemas de solapamiento a lo largo del eje de enlace de los siguientes orbitales atómicos: s con s; s con p; p con p (solapamiento frontal) y p con p (solapamiento lateral).

y BrF3. Compare sus geometrías moleculares. Justifica las diferencias sobre la base del modelo RPECV. R=

BF3 – Plana trigonal Dif. Con el modelo RPECV: El átomo central no tiene pares libres Tres enlaces covalentes estables.

NF3 – Piramidal trigonal. Dif. Con el modelo RPECV: El átomo central tiene un par libre y 3 pares enlazantes

10. ¿Cuál es la diferencia entre un par enlazante y par libre?¿ Cuál tiene la exigencia espacial más grande. R= En un par enlazante los electrones están unidos a otro átomo en un compuesto. Un par libre o solitario es un par de electrones de valencia que no se encuentra enlazado ni compartido con otros átomos. El par Libre o solitarios es el que tendrá mayor exigencia espacial porque hay más repulsión entre un par solitario que entre un par compartido o enlazante 11. Escribe la fórmula de Lewis para cada una de las moléculas siguientes: BF3; NF3

BrF3 – Forma de T Dif. Con el modelo RPECV: El átomo central tiene dos pares libres y 3 pares enlazantes.

CONCLUSIONES

 Es de gran importancia conocer y saber diferencias los diferentes tipos de geometría molecular que existen, principalmente por el hecho de que influye en las propiedades físicas y químicas en las que un determinado compuesto pueda participar.  La geometría molecular es más complicada al aparecer pares libres y pares enlazantes dentro de la misma molécula, esto se debe a que en ella existirán tres tipos de fuerzas de repulsión: fuerzas entre pares enlazantes , entre pares libres y pares enlazantes, y fuerzas entre pares libres.  Por medio del modelo RPECV podemos predecir la estructura molecular de un compuesto, así como también si posee o no pares de electrones libres.  La hibridación de un átomo dentro de una molécula se puede observar de acuerdo a la configuración electrónica del elemento, le permitirá pasar electrones, ya sea de un orbital s a p, o también de p a d, conforme sea el caso. Mediante el uso de la teoría del enlace de valencia podemos representar el diagrama de orbitales para las moléculas con hibridaciones BIBLIOGRAFÍA

 Chang, R. 1999 Química, 6a edición, Mc Graw Hill. Capítulo 10. Pág.408409  Brown, T.L., Lemay, H. E. y Burnstern, B. E. Química la Ciencia Central 9a edición, Prentice Hall Hispanoamericana S.A., 2004. Capítulo 9 pág 316-334