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Geometría molecular: Definición y ejemplos

 
Por Francesca Balada. 30 diciembre 2020
Geometría molecular: Definición y ejemplos

La forma tridimensional en que se disponen los átomos que forman una molécula se conoce con el nombre de geometría molecular o estructura molecular.

Es posible deducir la geometría de estas moléculas a partir de un modelo teórico: el modelo de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV). Este modelo es especialmente útil para representar la geometría de las moléculas formadas por átomos pequeños y unidos entre sí por enlaces covalentes (compartición de electrones).

En esta lección de unPROFESOR te descubriremos la definición de geometría molecular y ejemplos para que, así, aprendas en qué consiste el modelo RPECV, cómo puede deducirse la geometría de las moléculas mediante este método y algunos ejemplos.

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Definición de geometría molecular

La geometría molecular o estructura molecular es la forma en que los átomos que se encuentran una molécula se disponen en el espacio.

Esta estructura tridimensional (geometría molecular) viene definida por una serie de fuerzas que mantienen unidos los átomos en una disposición concreta. Entre las fuerzas que determinan la geometría molecular las más importantes son los enlaces que los átomos establecen entre sí para formar la molécula.

La geometría de las moléculas es muy importante porque determina cuáles son las características físico-químicas de la materia. Por ejemplo: Las moléculas de H2O tienen una geometría angular que viene dada por los enlaces que la forman. La adopción de esta geometría en ángulo convierte a la molécula de agua en un dipolo eléctrico y hace que tenga propiedades excepcionales. Gracias a su geometría el agua es líquida a temperatura ambiente, es capaz de disolver muchas sustancias, etc.

Como es evidente, dado el tamaño de las moléculas, su geometría no puede ser observada de forma directa y debe deducirse por métodos indirectos. Además es necesario representar estas geometrías por medio de modelos teóricos.

Son estos modelos teóricos los que permiten determinar cómo es la geometría de una molécula a partir de su fórmula molecular.

Ejemplos de geometría molecular

Como hemos visto en el apartado anterior, los átomos que forman una molécula pueden adquirir distintas disposiciones en espaciales (geometrías). En este apartado veremos algunos ejemplos de geometría molecular.

Geometrías bidimensionales

En algunos casos las moléculas adquieren geometrías planas o bidimensionales, es decir, son estructuras que solo tienen dos dimensiones y ocupan una superficie (no tienen volumen).

Geometría lineal

Es la geometría más sencilla, se trata de moléculas cuyos átomos se une formando una línea recta. Todas las moléculas formadas por dos átomos son lineales, pero también se da esta geometría en moléculas formadas por tres átomos.

Ejemplos de moléculas lineales:
Formadas por dos átomos: todos los gases diatómicos como el O2, H2.

Formadas por tres átomos: CO2 (Dióxido de carbono).

Geometría angular

Son moléculas formadas por tres átomos que se unen formando un ángulo. La amplitud del ángulo formado puede ser distinta, según el tipo de átomos que la formen. Las amplitudes de los ángulos formados por las moléculas angulares tienen valores de entre 90º y 120º.

Ejemplos: H2O, SO2 (dióxido de azufre), SnCl2 (dicloruro de estaño)

Geometría triangular

Son moléculas formadas por cuatro átomos, con un átomo situado en el centro de un triángulo imaginario y los otros tres átomos restantes situados en cada uno de los vértices de este triángulo.

Ejemplos: SO3 (trióxido de azufre), NO3- (ión nitrato)

Geometría cuadrada

Las moléculas con esta geometría tienen 5 átomos. Uno se sitúa en el centro de un cuadrado y los otros 4 en cada uno de los vértices de la figura.

Ejemplos: XeF4 (Trifluoruro de xenón)

Geometrías tridimensionales

Tienen tres dimensiones, es decir, tienen volumen. Las geometrías de las moléculas 3D es muy diversa, aquí veremos solo algunos ejemplos.

Geometría tetraédrica

Esta geometría es la que presentan algunas moléculas formadas por cinco átomos, en ella un átomo se sitúa en el centro de un cubo imaginario y los cuatro átomos restantes se sitúan en los vértices del cubo (tetraedro).

Ejemplo: CH4 (metano), MnO4-(ion permanganato)

Geometría piramidal trigonal

Son moléculas con cuatro átomos dispuestos en los cuatro vértices de una pirámide con base triangular.

Ejemplo: NH3 (amoniaco), PH3 (fosfina)

Geometría piramidal cuadrangular

En este caso el número de átomos que forman la molécula es de seis y cinco de ellos se disponen en los vértices de una pirámide de base cuadrada, mientras que el sexto ocupa el centro del cuadrado de la base.

Ejemplo: ClF5 (pentafluoruro de cloro)

Conocer la estructura de Lewis de la molécula

Antes de poder utilizar el método RPECV es necesario conocer cuál es la estructura de Lewis de la molécula y para ello previamente se debe conocer cuál es la configuración electrónica de la capa de valencia de los distintos átomos que forman la molécula.

Por lo tanto, antes de poder determinar la geometría de una molécula es necesario realizar algunos pasos previos:

  • A. Obtener las configuraciones electrónicas de los distintos átomos que forman la molécula.
  • B. Determinar el número de electrones de capa de valencia de cada uno de los átomos. Los electrones de la capa de valencia son los electrones que puede utilizar el átomo para formar enlaces.
  • C. Deducir la estructura de Lewis teniendo en cuenta cuántos electrones tiene cada átomo en su capa de valencia.
Geometría molecular: Definición y ejemplos - Conocer la estructura de Lewis de la molécula
Imagen: Slideplayer

Modelo de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV)

En las estructuras de Lewis cada uno de los átomos enlazados, debe cumplir la regla del octeto. Cuando un átomo cumple la regla del octeto, está rodeado de cuatro pares de electrones que pueden ser electrones que forman parte de un enlace (pares de electrones enlazantes) o pares de electrones que no participan en la formación de los enlaces (pares de electrones no enlazantes).

Tal como veremos, una vez determinada cuál es la estructura de Lewis de una molécula deducir su geometría utilizando el modelo de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia es muy sencillo.

Según este modelo de representación, los ligandos (X) y los pares de electrones no enlazantes (E) se disponen alrededor del átomo central (A), de forma que la distancia entre ellos sea la máxima. La suma de ligandos y pares de electrones no enlazantes (X + E) determina el tipo de geometría de la molécula.

X+E=2

Geometría Lineal

AX2: Molécula formada por dos átomos ligandos unidos a un átomo central

Ejemplo: hidruro de berilio (BeH2).

X+E=3

Geometría plana triangular (triángulo equilátero)

AX3: Molécula formada por tres átomos unidos a un átomo central

Ejemplos: Algunos cloruros como el de boro o el de aluminio (BCl3, AlCl3)

Geometría angular (ángulo de 120º)

AX2E: Molécula con un átomo central unido a dos ligandos y a un par de electrones no enlazantes.

Ejemplos: el Cloruro de estaño (II) (Sn2Cl)

X+E=4

Geometría tetraédrica

AX4: Moléculas con un átomo central con cuatro ligandos dispuestos en enlaces de forma que los ligandos se disponen en los vértices de las diagonales opuestas de un cubo cuyo centro es el propio átomo central.

Ejemplos: Presentan esta geometría moléculas como la de metano (CH4), el Cloruro de silicio (SiCl4) o el tetracloruro de carbono (CCl4).

Geometría de pirámide trigonal

AX3E: Moléculas con 3 ligandos y 1 par de electrones solitarios en las que los átomos de los tres ligandos se disponen formando la base de una pirámide de base triangular en la que el átomo central se encuentra en el vértice superior de dicha pirámide

Ejemplos: una de las moléculas que presenta esta geometría es el amoniaco (NH3).

Geometría angular (ángulo de 109º)

AX2E2: Los dos ligandos y el átomo central se disponen formando un ángulo de 109º

Ejemplos: El agua (H2O) es una de las moléculas que presentan esta geometría.

Geometría lineal

AXE3: Como solo hay un ligando unido al átomo central la geometría es lineal.

Ejemplo: El Fluoruro de hidrógeno o ácido fluorhídrico (HF).

X+E=5

Geometría bipiramidal trigonal

AX5: La molécula tiene la geometría de dos pirámides opuestas, con una de base triangular común a ambas. El átomo central se dispone en el centro y en los vértices se sitúan los ligandos.

Ejemplo: El pentacloruro de fósforo (PCl5)

Geometría disfenoidal

AX4E: En este tipo de geometría los átomos adquieren una disposición que recuerda a la estructura de un columpio de balancín.

Ejemplo: El Tetra fluoruro de azufre (SF4).

Geometría en T

AX3E2: Las moléculas tienen forma de letra T, con los ligandos en los extremos de la letra y el átomo central en el punto en que se unen las dos líneas que la forman.

Ejemplo: El trifluoruro de cloro (ClF3)

Geometría lineal

AX2E3: En este caso, los tres átomos de la molécula se disponen en línea con el átomo central en posición intermedia.

Ejemplo: El difluoruro de xenón (F2Xe)

X+E=6

Geometría octaédrica

AX6: Este tipo de moléculas tiene una estructura que se asemeja a un octaedro en el que, el átomo central ocuparía el centro de la figura geométrica y los seis ligandos cada uno de sus vértices.

Ejemplo: El hexafluoruro de azufre (SF6)

Pirámide de base cuadrada

AX5E: En este caso, los átomos forman una figura en la que el átomo central ocupa el centro de la base y los ligandos los cinco vértices de la figura.

Ejemplo: El pentafluoruro de bromo (BrF5)

Geometría cuadrada plana

AX4E2: Los átomos adquieren una disposición en forma de cuadrado, en la que el átomo central ocupa el centro de la figura y los ligandos cada uno de sus vértices.

Ejemplo: El ión tretrafluoruro de xenón (XeF4)

Geometría molecular: Definición y ejemplos - Modelo de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV)

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Bibliografía

Alejandrina Gallego Picó, Rosa Mª Garcinuño Martínez, Mª José Morcillo Ortega, Miguel Ángel Vázquez Segura. (2018) Química básica. Madrid: Uned

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