Estructura Molecular

Estructura molecular

Objetivo

Aprender a visualizar la estructura en tres dimensiones de los compuestos carbonados.

Antecedentes

En Química Orgánica las moléculas están formadas principalmente por enlaces covalentes como consecuencia de la poca electronegatividad del carbono cuya tendencia es más a compartir que a dar o a recibir electrones. Las estructuras de Lewis son una manera sencilla de visualizar los enlaces covalentes en la molécula, en donde cada electrón de valencia está representado por un punto y el enlace covalente se forma cuando dos átomos comparten un par de electrones y se representa por una línea, así la estructura del metano es la siguiente:

Los enlaces representados por líneas corresponden a orbitales moleculares  con dos electrones cada uno, formados por la contribución de orbitales atómicos cada uno con un electrón. Estos orbitales moleculares tienden a estar lo más separados posible, puesto que contienen electrones y las cargas del mismo signo se repelen. La mayor separación se logra si los orbitales se distribuyen en forma tridimensional en el especio con un ángulo de separación entre ellos de 109.5°. Esta es una representación tetraédrica, en la que los átomos de hidrógeno se encuentran en los vértices del tetraedro y el carbono en el centro. Estos átomos de carbono tetraédricos tienen una hibridación sp3. El metano tiene entonces cuatro orbitales moleculares  cada uno formado por un orbital híbrido sp3 del carbono y un orbital s del hidrógeno.

Esta misma geometría tetraédrica se encuentra en las moléculas de amoniaco (NH3) y de agua (H2O) pero en estos casos los ángulo H-N-H y H-O-H se encuentran ligeramente comprimidos con valores de 107° y 105°, respectivamente.

En el caso del amoniaco uno de los orbitales híbridos sp3 del nitrógeno esta lleno con un par electrónico no compartido y los otros tres forman enlaces  con el hidrógeno.

En el agua son dos los orbitales híbridos del oxígeno ocupados con pares electrónicos no compartidos y los otros dos forman enlaces  con dos hidrógenos.

La misma geometría tetraédrica se encuentra en todos los compuestos en que el carbono esta unido a cuatro átomos y la estructura de una cadena carbonada saturada (formada por enlaces sencillos) es:

Cuando los carbonos están unidos a tres átomos la máxima separación espacial de las nubes electrónicas se obtiene con ángulos de 120°. La estructura de Lewis del etileno C2H4 será entonces:

Este tipo de geometría llamada trigonal plana corresponde a la hibridación sp2. Cada carbono sp2 se une a tres átomos y forma ángulos de 120°.

Cuando se forman dobles enlaces uno de los enlaces es formado por interacción frontal de orbitales atómicos y el otro es formado por interacción lateral de orbitales atómicos).

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