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Geometría molecular: definición y ejemplos

Publicado el 1 noviembre, 2020

¿Qué es la geometría molecular?

La geometría molecular es un área de estudio en química que se ocupa del estudio de las formas tridimensionales (3D) que forman las moléculas y cómo estas formas se relacionan con la reactividad química y las características físicas. La forma de una molécula puede afectar las propiedades físicas de la molécula, como el punto de congelación, la densidad y otras propiedades. Por ejemplo, la forma de las moléculas de agua hace que su fase cristalina sólida (hielo) sea menos densa que su fase líquida a determinadas temperaturas. Esta es una propiedad inusual de un compuesto químico, ya que la mayoría de los compuestos tienen una fase sólida más densa que la fase líquida. Todo esto está relacionado con su forma molecular.

Efectos de los pares de electrones no enlazantes

Básicamente, existen dos grupos principales de geometrías posibles en función del número de átomos unidos a un átomo central (átomo unido a varios otros átomos unidos) y si un átomo central tiene pares de electrones no vinculantes presentes. Cuando solo hay dos átomos, la molécula siempre es lineal independientemente de los pares de electrones no enlazantes presentes. Entonces, el primer grupo es cuando hay dos o más átomos unidos y no hay pares de electrones no enlazados en el átomo central. En este caso, el número de átomos unidos al átomo central determina la forma de la molécula, con cinco formas principales: lineal, trigonal plana, tetraédrica, trigonal bipiramidal y octaédrica.


Geometrías moleculares básicas
Geometrías moleculares básicas

El segundo grupo es cuando hay uno o más pares de electrones no enlazantes en el átomo central. Cuando esto ocurre, los pares de electrones no enlazantes son parte de la forma general y general de la molécula, pero no se tienen en cuenta al determinar la forma de la molécula, ya que solo los átomos unidos son importantes para la geometría molecular. Hay una variedad de formas que resultan de tener uno o más pares de electrones no enlazantes, siete en total: lineal, curvado (dos casos), piramidal trigonal, balancín (tetraedro distorsionado), en forma de T, piramidal cuadrada y plana cuadrada.


Geometrías moleculares con pares de electrones no enlazantes
Geometrías moleculares con pares de electrones no enlazantes

Moléculas más complejas

Por supuesto, hay muchas moléculas mucho más complejas que las anteriores con un mayor número de átomos centrales y unidos. Las formas generadas en cada uno de los átomos centrales se combinan para formar la forma molecular general. Esta complejidad de forma influye en cómo las moléculas interactúan entre sí en reacciones químicas, desde las reacciones más simples hasta complejas reacciones orgánicas y biológicas. Las numerosas proteínas de nuestro cuerpo son buenos ejemplos de moléculas complejas que dependen de su forma para sus funciones químicas / biológicas. A continuación se muestran algunos ejemplos de moléculas más complejas:

  • Alcohol isopropílico (2-propanol, desinfectante y disolvente doméstico común)

Lewis y estructuras 3d para alcohol isopropílico
Lewis y estructuras 3d para alcohol isopropílico

Al observar la geometría molecular de cada uno de los carbonos, encontramos que cada uno tiene cuatro átomos unidos y ningún par de electrones no enlazantes, por lo que su geometría es tetraédrica, pero la geometría del átomo central de oxígeno tiene una forma doblada debido a los dos pares de electrones no enlazantes en el oxigeno. Las diferentes geometrías de cada átomo central se combinan para formar la geometría molecular general de este alcohol.

  • Etileno (eteno, un componente básico de algunos plásticos)

Lewis y estructuras 3D para etileno
Lewis y estructuras 3D para etileno

El etileno (eteno) es un hidrocarburo (solo carbonos e hidrógenos presentes) formado por dos átomos de carbono unidos por un doble enlace y cuatro hidrógenos unidos (dos en cada carbono). Este compuesto es un componente importante para muchos plásticos que utilizamos, incluidos los de películas delgadas y los envases de leche de uso diario o similares, así como muchos otros productos. Cada carbono aquí tiene tres átomos unidos y ningún par de electrones no enlazantes, lo que de las tablas anteriores nos dice que la forma en cada átomo central de carbono es trigonal plana. No importa que uno de los enlaces sea un doble enlace, solo que hay tres átomos unidos al átomo central. Entonces, tenemos dos átomos centrales de carbono con geometría plana trigonal, que cuando se combinan nos dan una molécula plana general (plana).

  • Triglicéridos (tres ácidos grasos unidos por un glicerol, estructura de tres carbonos)


Ejemplo de estructura de Lewis para un triglicérido
Ejemplo de estructura de Lewis para un triglicérido


Ejemplo de estructura 3D para un triglicérido
Ejemplo de estructura 3D para un triglicérido

Los triglicéridos (grasas) son una molécula importante en nuestro cuerpo y en el de muchos organismos. Tienen tres ácidos grasos de cadena larga unidos a una columna vertebral de tres carbonos. La longitud, el número de dobles enlaces y los átomos de la cadena lateral unidos a las cadenas de ácidos grasos pueden variar de un triglicérido a otro y de una especie a otra, pero las geometrías moleculares de los ácidos grasos son muy importantes para nosotros, especialmente aquellos con dobles enlaces. , ya que constituyen las grasas insaturadas más saludables que consumimos, a diferencia de las grasas saturadas que se han relacionado con problemas de salud.

  • Proteínas (moléculas biológicas muy complejas)

Un ejemplo de estructura de cinta de proteína para la molécula de proteína ACTA1
Un ejemplo de estructura de cinta de proteína para la molécula de proteína ACTA1

Las proteínas son moléculas biológicas muy complejas que pueden tener varios cientos de átomos unidos para formar su estructura molecular. Solo en el cuerpo humano, hay más de 20.000 posibles proteínas diferentes codificadas en nuestro ADN. Estas moléculas son tan complejas que a menudo se usa una forma diferente de ilustración (forma de cinta) para mostrar su estructura, como se puede ver en la figura anterior, sin mostrar todos los átomos centrales y unidos individuales y los pares de electrones no enlazados. Independientemente de la complejidad de las moléculas, sus formas todavía se basan en las geometrías moleculares combinadas de los átomos centrales, los átomos unidos y la presencia de pares de electrones no enlazados. Estos aparentemente pocos factores y el número de elementos conocidos nos han dado un estimado de 10 18 (1 quintillón) hasta 10200 (un 1 seguido de 200 ceros) posibles compuestos químicos en nuestro planeta.

Resumen de la lección

La geometría molecular (la forma de las moléculas) es un aspecto crítico de las moléculas químicas que influyen en las propiedades físicas y químicas de las moléculas. En muchos casos, como en las proteínas, su forma es una parte clave de su función y roles en los organismos vivos. La geometría molecular se centra en los átomos centrales , el número de átomos unidos a ellos y si hay pares de electrones no enlazados en los átomos centrales.

Existen dos grupos básicos de geometrías y se basan en si hay pares de electrones no enlazantes presentes en un átomo central. Si no hay pares de electrones no enlazantes en el átomo central, son posibles cinco formas: lineal, trigonal plana, tetraédrica, trigonal bipiramidal y octaédrica. Si hay pares de electrones no enlazantes presentes en el átomo central, entonces son posibles otras siete formas, y algunas tienen más de una disposición de átomos para lograr esa forma.

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