Predicción de la forma geométrica de las partículas.

TEMA 6. Predicción de la forma geométrica de las partículas.
Conversación:

1. ¿Qué propiedades de los enlaces covalentes conoces?

2. ¿Qué propiedad de los enlaces covalentes determina la configuración espacial (geometría) de las partículas?
   Para describir la estructura espacial de las moléculas, es más conveniente usar el modelo de hibridación de orbitales atómicos propuesto por el científico estadounidense L. Pauling.

3. ¿Qué es la hibridación de los orbitales atómicos?

4. ¿Qué tipos de hibridación conoces?

II. Generalización y sistematización de los conocimientos de los estudiantes.

1. Tareas para el trabajo autónomo: Examinen la configuración espacial de las partículas:

2. Fluoruro de berilio – BeF2.
   Figura 1. Estructura electrónica de la molécula de fluoruro de berilio.

Hibridación sp de los OA; 2 enlaces σ.
La molécula de BeF2 es lineal, el ángulo de valencia es de 180°.

2. Cloruro de boro – BCl3.
   Figura 2. Estructura electrónica de la molécula de cloruro de boro.

Hibridación sp2 de los OA; 3 enlaces σ.
La molécula de BCl3 es plana, triangular, el ángulo de valencia es de 120°.

3. Metano – CH4.
   Figura 3. Estructura electrónica de la molécula de metano.

Hibridación sp3 de los OA; 4 enlaces σ.
La molécula de CH4 es tetraédrica, el ángulo de valencia es de 109°28′.

4. Amoníaco – NH3.
   Figura 4. Estructura electrónica de la molécula de amoníaco.

Hibridación sp3 de los OA; 3 enlaces σ.
La molécula de NH3 tiene forma de pirámide regular, el ángulo de valencia es de 107°03′.

5. Agua – H2O.
   Figura 5. Estructura electrónica de la molécula de agua.

Hibridación sp3 de los OA; 3 enlaces σ.
La molécula de H2O es angular, el ángulo de valencia es de 104°05′.

6. Etileno – C2H4.
   Figura 6. Estructura electrónica de la molécula de etileno.

Hibridación sp2 de los OA.
La molécula de C2H4 es plana, triangular, el ángulo de valencia es de 120°.

2. Mejora de las habilidades para determinar el tipo de hibridación de los orbitales atómicos y la geometría de las partículas.

Problema. Para determinar la estructura de las moléculas en fase gaseosa, a veces se utiliza el método de electronografía, que permite encontrar las distancias interatómicas en una molécula a partir de la intensidad de la dispersión elástica de electrones. Según los datos experimentales, las distancias interatómicas en la molécula de NCl3 son r(N-Cl) = 0,176 nm, r(Cl-Cl) = 0,283 nm. Determinen qué figura geométrica forman los núcleos atómicos en esta molécula. ¿Qué tipo de hibridación del átomo central describe esta estructura molecular?

Solución: Todos los enlaces N-Cl en la molécula de NCl3 son iguales. La molécula puede tener la forma de un triángulo equilátero si el átomo de nitrógeno está en el plano formado por los tres átomos de cloro:
Figura 7. Estructura electrónica de la molécula de cloruro de nitrógeno.

Si el átomo de nitrógeno está fuera de este plano, la molécula tiene forma de pirámide triangular.
En el primer caso, el ángulo entre los enlaces es ∠Cl-N-Cl = 120°, en el segundo caso ∠Cl-N-Cl ≠ 120°.
Para encontrar este ángulo, consideremos el triángulo isósceles ΔCl-N-Cl.
Por el teorema de los cosenos:
r(Cl-Cl)² = r(N-Cl)² + r(N-Cl)² – 2r(N-Cl)²cos(∠Cl-N-Cl), de donde
cos(∠Cl-N-Cl) = 1 – 0,283²/(2·0,176²) = – 0,293; cos(∠Cl-N-Cl) = 107°.
Esto significa que la molécula tiene forma de pirámide triangular. El átomo central de nitrógeno está en estado de hibridación sp.
Respuesta: pirámide triangular.
Hibridación sp3.

III. Resumen de la lección. Tarea para casa.

1. Examinen la configuración espacial de las partículas SF6, BF3, C2H2.

2. Resuelvan el problema: según los datos del experimento de electronografía, las distancias interatómicas en la molécula de BI3 son: r(B-I) = 0,210 nm. Determinen qué figura geométrica forman los núcleos atómicos en esta molécula. Establezcan el tipo de hibridación del átomo central.