Notas VSEPR: Geometría electrónica y geometría molecular

Regla general de VSEPR

  • Teoría: la Forma de una molécula se determina por la minimización de las repulsiones entre las regiones electrónicas (pares enlazantes y pares libres) alrededor del átomo central.
  • Objetivo: la molécula adoptará la geometría que reduzca las repulsiones entre las nubes de electrones alrededor del átomo central.
  • Noción clave: las regiones electrónicas alrededor del átomo central pueden ser de dos tipos: pares enlazantes y pares libres.
  • Consecuencia: la geometría molecular es una derivación de la geometría electrónica, centrada en la distribución de los átomos alrededor del átomo central.

Geometría electrónica vs geometría molecular

  • Geometría electrónica (GE): considera todos los pares de electrones alrededor del átomo central (pares enlazantes y pares libres).
  • Geometría molecular (GM): considera solo la posición de los átomos alrededor del átomo central; es consecuencia de la GE.
  • Diferencias clave:
    • GE determina la disposición espacial de todas las nubes de electrones (incluidos los pares no enlazantes).
    • GM describe la forma observable de la molécula (la distribución de átomos, sin distinguir pares).
  • Regiones electrónicas:
    • Pares enlazantes
    • Pares libres

Número de regiones electrónicas y geometrías correspondientes

  • 2 regiones electrónicas
    • GE: lineal
    • GM: lineal
    • Ángulo de enlace: 180ext∘180^ ext{\circ}
  • 3 regiones electrónicas
    • GE: trigonal plana
    • GM: trigonal plana
    • Ángulo de enlace: 120ext∘120^ ext{\circ}
  • 4 regiones electrónicas
    • GE: tetraédrica
    • GM: tetraédrica
    • Ángulos de enlace: 109.5ext∘109.5^ ext{\circ}
  • 5 regiones electrónicas
    • GE: bipiramidal trigonal
    • GM: bipiramidal trigonal
    • Ángulos de enlace: axial–axial y axial–equatorial
    • axial–axial: 90ext∘90^ ext{\circ}
    • axial–equatorial: 120ext∘120^ ext{\circ}
  • 6 regiones electrónicas
    • GE: octaédrica
    • GM: octaédrica (cuando todas las posiciones están ocupadas por átomos enlazantes)
    • Ángulo de enlace: 90ext∘90^ ext{\circ}

Ejemplos y aplicaciones (registros de contenidos de las diapositivas)

  • Ejemplo 1: Indica la geometría molecular y electrónica de CO$_2$.
    • CO$_2$: GE = lineal; GM = lineal; ángulo de enlace = 180ext∘180^ ext{\circ}
  • Ejemplo 2: Indica la geometría molecular y electrónica de AsF$_4^-$.
    • AsF$_4^-$: GE = trigonal bipiramidal; GM esperada con un par libre (see-saw) cuando hay 4 enlaces y 1 par libre.
  • Ejemplo 3: Molécula presentada (no especificada en el texto) – indica GE y GM y, después, los ángulos de enlace.
    • Nota: no se muestran valores en la transcripción original.
  • Ejemplo 4: Geometría alrededor de C y de O en la molécula presentada (no especificada).

Ejemplos de geometrías y ángulos específicos (conclusiones de respuestas de ejercicios)

  • Ejemplo 5: Geometría alrededor de Átomos N, C y O en la molécula presentada.
  • Ítems de práctica (resumen de preguntas):
    1) Diferencia entre geometría electrónica y geometría molecular usando H$2$O como ejemplo. 2) Si una molécula AB$2$ tiene geometría molecular lineal, ¿cuántos pares de electrones no enlazantes hay alrededor de A?
    3) Geometrías electrónicas y moleculares de HCN, SO$3^{2-}$, SF$4$, PF$6^-$, CH$3^+$, BrF$3$. 4) Ángulos de enlace F–A–F en SiF$4$, PF$5$, SF$4$, AsF$3$. 5) Representaciones de tres formas de AF$3$ (i–iii): a) GE y GM; b) pares no enlazantes; c) posibles A (Li, B, N, P, Cl).
    6) Representaciones de tres formas de AF$_4$ (i–iii): a) GE y GM; b) pares no enlazantes; c) posibles A (Be, C, S, Se, Si, Xe).

Resumen de respuestas proporcionadas en la fuente

  • 1) Geometría electrónica determina la disposición de los electrones alrededor del átomo central porque considera pares enlazantes y no enlazantes; la molécula adopta la geometría que minimiza las repulsiones. Ejemplo agua: O con 2 pares enlazantes y 2 pares libres; GE = tetraédrica; GM = angular; observando GE tetraédrica para O–H, GM angular.
  • 2) No enlazantes: 00 pares.
  • 3) Geometrías electrónicas y moleculares:
    • HCN: GE lineal, GM lineal
    • SO$_3^{2-}$: GE trigonal plana, GM trigonal plana
    • PF$_5$: GE trigonal bipiramidal, GM trigonal bipiramidal
    • SF$_4$: GE trigonal bipiramidal, GM see-saw (forma "sube y baja")
    • PF$_6^-$: GE octaédrica, GM octaédrica
    • CH$_3^+$: GE trigonal plana, GM trigonal plana
    • BrF$_3$: GE trigonal bipiramidal, GM forma T
  • 4) Ángulos de enlace:
    • SiF$_4$: 109.5ext∘109.5^ ext{\circ}
    • PF$_5$: 120ext∘,90ext∘120^ ext{\circ}, 90^ ext{\circ}
    • SF$_4$: <120^ ext{\circ}, <90^\circ
    • AsF$_3$: <109.5^ ext{\circ}
  • 5) AF$_3$ (i–iii):
    • (i): GE trigonal plana, GM trigonal plana; 0 pares no enlazantes; A podría ser B
    • (ii): GE tetraedral, GM trigonal piramidal; 1 par no enlazante; A podría ser N, P
    • (iii): GE trigonal bipiramidal, GM forma T; 2 pares no enlazantes; A podría ser Cl
  • 6) AF$_4$ (i–iii):
    • (i): GE octaédrica, GM cuadrado plano; 2 pares no enlazantes; A podría ser Xe
    • (ii): GE tetraédrica, GM tetraédrica; 0 pares no enlazantes; A podría ser C, Si
    • (iii): GE trigonal bipiramidal, GM see-saw; 1 par no enlazante; A podría ser S, Se

Notas sobre notación y ángulos:

  • Ángulos central y de enlace típicos se expresan con notación angular: ext∘^ ext{\circ} ya sea para 120°, 90°, 109.5°, etc.
  • Al tratar especies con pares libres, las GM pueden diferir de GE: ejemplos como H$_2$O (GE = tetraédrica, GM = angular) ilustran la diferencia entre la geometría de electrones y la geometría de la molécula.
  • Relevancia de la práctica: entender GE y GM permite predecir polaridad, reactividad y geometría de moléculas en química inorgánica y orgánica.