9.15: Formas Moleculares - Par (s) Solitario en Átomo Central

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Derechos de autor de la imagen Jandrie Lombard, 2014; Fuente: http://www.shutterstock.com(opens en una ventana nueva); Licencia: Usado bajo licencia de Shutterstock.com)

¿Cómo puede caber toda esta ropa en un espacio tan pequeño?

Cuando viajamos, a menudo tomamos muchas más cosas de las que necesitamos. Tratar de meterlo todo en una maleta puede ser un verdadero desafío. Puede que tengamos que volver a embalar o simplemente apretarlo todo. Los átomos a menudo tienen que reorganizarse donde están los electrones para crear una estructura más estable.

Átomo central con uno o más pares solitarios

Las geometrías moleculares de las moléculas cambian cuando el átomo central tiene uno o más pares solitarios de electrones. El número total de pares de electrones, tanto pares de enlace como pares solitarios, conduce a lo que se denomina geometría del dominio electrónico. Cuando uno o más de los pares de unión de electrones se reemplazan por un par solitario, se altera la geometría molecular (forma real) de la molécula. De acuerdo con los símbolos A y B establecidos en la sección anterior, usaremos E para representar un par solitario en el átomo central (A). Se utilizará un subíndice cuando haya más de un par solitario. Los pares solitarios en los átomos circundantes (B) no afectan la geometría.

AB\(_3\) E: Amoníaco,\(\ce{NH_3}\)

La molécula de amoníaco contiene tres enlaces simples y un par solitario en el átomo de nitrógeno central (ver figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{2}\): Electrones de par solitario en amoníaco. (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

La geometría del dominio para una molécula con cuatro pares de electrones es tetraédrica, como se vio con\(\ce{CH_4}\). En la molécula de amoníaco, uno de los pares de electrones es un par solitario en lugar de un par de enlace. La geometría molecular de\(\ce{NH_3}\) se llama piramidal trigonal (ver figura abajo).

Figura\(\PageIndex{3}\): Molécula de amoníaco. (Crédito: (Izquierda) Usuario: Booyabazooka/Wikimedia Commons; (Derecha) Ben Mills (Wikimedia: Benjah-bmm27); Fuente: (Izquierda) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ammonia_lone_electron_pair.svg(opens en nueva ventana); (Derecha) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ammonia-3D-balls-A.png(opens in new ventana); Licencia: Dominio Público)

Recordemos que el ángulo de enlace en la\(\ce{CH_4}\) molécula tetraédrica es\(109.5^\text{o}\). Nuevamente, la sustitución de uno de los pares de electrones unidos por un par solitario comprime ligeramente el ángulo. El\(\ce{H-N-H}\) ángulo es aproximadamente\(107^\text{o}\).

AB\(_2\) E\(_2\): Agua,\(\ce{H_2O}\)

Una molécula de agua consiste en dos pares de unión y dos pares solitarios (ver figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{4}\): Electrones de par solitario sobre el agua. (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

En cuanto al metano y amoníaco, la geometría del dominio para una molécula con cuatro pares de electrones es tetraédrica. En la molécula de agua, dos de los pares de electrones son pares solitarios en lugar de pares de unión. La geometría molecular de la molécula de agua está doblada. El ángulo de\(\ce{H-O-H}\) unión es\(104.5^\text{o}\), que es menor que el ángulo de unión en\(\ce{NH_3}\) (ver figura a continuación).

Figura\(\PageIndex{5}\): Molécula de agua. (Crédito: Ben Mills (Wikimedia: Benjah-BMM27); Fuente: (Izquierda) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water-dimensions-from-Greenwood%2526Earnshaw-2D.png(opens en nueva ventana); (Derecha) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water-3D-balls-A.png(opens en nueva ventana); http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeepzieden.jpg(opens en una nueva ventana); Licencia: Dominio público)

AB\(_4\) E: Tetrafluoruro de azufre,\(\ce{SF_4}\)

La estructura de Lewis para\(\ce{SF_4}\) contiene cuatro enlaces simples y un par solitario en el átomo de azufre (ver figura abajo).

Figura\(\PageIndex{6}\): Electrones de par solitario en\(\ce{SF_4}\). (Crédito: Joy Sheng; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (se abre en una ventana nueva))

El átomo de azufre tiene cinco grupos de electrones a su alrededor, lo que corresponde a la geometría del dominio bipiramidal trigonal, como en\(\ce{PCl_5}\) (ver figura a continuación). Recordemos que la geometría bipiramidal trigonal tiene tres átomos ecuatoriales y dos átomos axiales unidos al átomo central. Debido a la mayor repulsión de un par solitario, es uno de los átomos ecuatoriales que son reemplazados por un par solitario. La geometría de la molécula se llama tetraedro distorsionado, o balancín.

Figura\(\PageIndex{7}\): Modelo de bola y palo para\(\ce{SF_4}\). (Crédito: Ben Mills (Wikimedia: Benjah-BMM27); Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfur-tetrafluoride-3D-balls.png(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

Tabla\(\PageIndex{1}\): Geometrías en las que el átomo central tiene uno o más pares solitarios

Número total de pares de electrones	Número de pares de unión	Número de Pares Solitarios	Geometría de dominio electrónico	Geometría Molecular	Ejemplos
3	2	1	Plano Trigonal	Doblada	\(\ce{O_3}\)
4	3	1	Tetraédrico	Piramidal Trigonal	\(\ce{NH_3}\)
4	2	2	Tetraédrico	Doblada	\(\ce{H_2O}\)
5	4	1	Trigonal Bipiramidal	Tetraedro Distorsionado	\(\ce{SF_4}\)
5	3	2	Trigonal Bipiramidal	En forma de T	\(\ce{ClF_3}\)
5	2	3	Trigonal Bipiramidal	Lineal	\(\ce{I_3^-}\)
6	5	1	Octaédrica	Plaza piramidal	\(\ce{BrF_5}\)
6	4	2	Octaédrica	Plano Cuadrado	\(\ce{XeF_4}\)

Resumen

• La presencia de electrones de par solitario influye en la forma tridimensional de la molécula.

Revisar

1. ¿Por qué el agua tiene una geometría doblada?
2. ¿Por qué el amoníaco no es una molécula plana?
3. ¿Cómo escribiríamos la configuración del tetrafluoruro de xenón usando el sistema ABE?