Geometría molecular VSEPR en 3D
Escribe una molécula o un ion y obtén sus dominios de electrones, su geometría, los ángulos, la hibridación y su polaridad, con la molécula en 3D que puedes girar con el ratón o el dedo.
Datos
Moléculas e iones con un átomo central y terminales H, F, Cl, Br, I, O o S. Las cargas, con o sin ^: NH4+, SO4 2-, SO4^2-. Las mayúsculas importan: CO es monóxido de carbono y Co, cobalto.
Moléculas con varios átomos centrales en forma semidesarrollada: grupos como CH3, CH2, OH o NH2 unidos con - (sencillo), = (doble) y # (triple); las ramas, entre paréntesis: CH3-C(=O)-OH. Sin anillos todavía.
Un átomo central A con n átomos X iguales y m pares libres, sin átomos concretos: sirve para ver la forma de cada tipo.
Resultados
Estructura de Lewis
Geometría de cada átomo
Cada átomo con dos o más vecinos tiene su propia geometría: se cuentan sus vecinos (átomos enlazados) y sus pares libres, igual que en una molécula con un solo centro.
La molécula en 3D
Desarrollo
Estructura de Lewis y cargas formales
En la estructura de Lewis cada enlace es un par de electrones compartido y cada par libre se dibuja con dos puntos. Para repartir los electrones: se suman los e⁻ de valencia (restando la carga si es un anión y sumándola si es un catión), se unen los terminales al central con enlaces sencillos, se completan los octetos de los terminales y los pares que quedan van al átomo central.
$C_f = V - P - E/2$
La carga formal Cf es V (electrones de valencia del átomo libre) menos P (electrones en pares libres) menos E/2 (la mitad de los electrones de enlace). La mejor estructura es la que tiene las cargas formales más pequeñas y la carga negativa en el átomo más electronegativo. Si se puede mover el doble enlace a otro terminal igual, hay resonancia: varias estructuras equivalentes cuya media es la molécula real, con un orden de enlace intermedio (en el NO₃⁻, 4/3). Los átomos del periodo 3 o posterior pueden pasar del octeto; si marcas «limitar al octeto» verás la otra estructura, la que muchos libros prefieren para el SO₂ o el SO₄²⁻.
Moléculas con varios centros
En el etanol, el ácido acético o el eteno hay varios átomos «centrales». La geometría de cada uno depende solo de sus vecinos y de sus pares libres: el C del CH₃ es tetraédrico (sp³), el C del C=O es trigonal plano (sp²), el C de un triple enlace es lineal (sp) y el O del OH es angular (dos pares libres). Un enlace doble o triple cuenta como un solo dominio.
El modelo VSEPR
La teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (VSEPR) dice que los dominios de electrones alrededor de un átomo central se colocan lo más lejos posible unos de otros. Un dominio es un enlace (sencillo, doble o triple), un par libre o un electrón desapareado.
$"dominios" = ("e⁻ de valencia del central" + "e⁻ que aportan los terminales" − "carga")/2$
- Un H o un halógeno terminal aporta 1 e⁻; un O o un S terminal enlazado con doble enlace aporta 0.
- Tipo AXnEm: n átomos enlazados (X) y m pares libres (E); los dominios son n + m.
- Un par libre ocupa más sitio que un enlace, y por eso cierra los ángulos: 109,5° → 107° en el NH₃ → 104,5° en el H₂O.
- En la bipirámide trigonal, los pares libres van al plano ecuatorial; en el octaedro, el segundo par libre va opuesto al primero.
Hibridación
Con n dominios, el átomo central usa n orbitales híbridos: 2 → sp, 3 → sp², 4 → sp³, 5 → sp³d, 6 → sp³d². Para 5 o más hace falta que el átomo sea del periodo 3 o posterior (octeto expandido).
Polaridad
Cada enlace tiene un momento dipolar proporcional a la diferencia de electronegatividades Δχ y apunta al átomo más electronegativo. La molécula es polar si la suma vectorial de los momentos no es nula: por eso el CO₂ (lineal) y el CCl₄ (tetraédrico) son apolares, y el H₂O y el NH₃ polares.
Todas las geometrías
Límites de esta herramienta
- La estructura de Lewis es para elementos de los grupos principales y moléculas con todos los electrones apareados: los metales de transición y los radicales (número impar de electrones, como NO o NO₂) se rechazan con un aviso.
- Con un átomo central, los átomos de alrededor pueden ser H, halógenos, O, S o Se. Las moléculas con varios centros se escriben en forma semidesarrollada y sin anillos.
- La geometría sale del recuento de pares de electrones (VSEPR): los ángulos son los ideales o los típicos de libro cuando hay pares libres (unos 107° o 104,5°), no el ángulo medido de cada molécula.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se predice la geometría de una molécula con VSEPR?
Los pares de electrones del átomo central se repelen y se colocan lo más lejos posible: 2 pares, lineal (180°); 3, trigonal plana (120°); 4, tetraédrica (109,5°); 5, bipirámide trigonal; 6, octaédrica (90°). El agua tiene 4 pares, 2 libres, y es angular (≈104,5°).
¿Cómo se sabe la hibridación y si es polar?
4 pares son sp³, 3 son sp² y 2 son sp. Una molécula es polar si los dipolos de sus enlaces no se cancelan: el CO₂ (lineal) es apolar y el H₂O (angular) es polar.