Fundamentos de Química General: Geometría Molecular, Polaridad, Hibridación y Propiedades Periódicas

Geometría Molecular y Propiedades Atómicas

Geometría Molecular

La geometría molecular describe la disposición tridimensional de los átomos en una molécula. Se basa en la teoría de la Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia (RPEV).

Pirámide Trigonal

El átomo central (X) posee cuatro zonas de densidad electrónica que se distribuyen de forma tetraédrica con un ángulo de 109,5º. De estas, tres forman enlaces y la cuarta corresponde a un par de electrones no enlazantes. De este modo, los átomos se distribuyen de forma piramidal, con el átomo central (X) en el vértice superior y tres átomos (X) a su alrededor, resultando en una geometría de pirámide trigonal.

Lineal

Dos zonas de densidad electrónica que se distribuyen de forma lineal, formando un ángulo de 180º. Todas las zonas forman enlaces, dando lugar a una geometría lineal en la que el átomo central (X) se sitúa en el centro, unido a un átomo (X) a cada lado.

Plana Trigonal

El átomo central (X) posee tres zonas de densidad electrónica que se distribuyen de forma plana trigonal con un ángulo aproximado de 120º. Las tres zonas forman enlaces que unen el átomo central (X) con otros átomos (X). De este modo, la molécula adquiere una geometría plana trigonal.

Polaridad Molecular

La polaridad de una molécula depende de la suma vectorial de los momentos dipolares de sus enlaces.

Moléculas Polares

Los momentos dipolares (μ) de los enlaces se comportan como magnitudes vectoriales. Si los momentos dipolares de los enlaces van en el mismo sentido y no se cancelan, se suman, resultando en un momento dipolar neto (μ) mayor a cero. Esto confiere a la molécula un carácter polar.

Moléculas Apolares

Los momentos dipolares (μ) de los enlaces se comportan como magnitudes vectoriales. Si los momentos dipolares de los enlaces van en diferentes sentidos y se cancelan mutuamente debido a la simetría molecular, el momento dipolar neto (μ) es igual a cero. Esto confiere a la molécula un carácter apolar.

Tipos de Energía en Enlaces Químicos

• Energía de Sublimación: Energía necesaria para pasar una sustancia del estado sólido al gaseoso (s → g).
• Energía de Vaporización: Energía necesaria para pasar una sustancia del estado líquido al gaseoso (l → g).
• Energía de Ionización: Energía mínima requerida para arrancar un electrón de un átomo o ion en estado gaseoso.
• Energía de Disociación: Energía necesaria para romper un enlace químico y separar los átomos que lo forman.
• Afinidad Electrónica: Energía liberada cuando un átomo en estado gaseoso capta un electrón para formar un ion negativo.
• Energía Reticular: Energía liberada cuando se forma un mol de un compuesto iónico sólido a partir de sus iones en estado gaseoso.

Hibridación de Orbitales

La hibridación es la combinación de orbitales atómicos para formar nuevos orbitales híbridos, que permiten la formación de enlaces más estables.

Hibridación sp³

Cuando un átomo central tiene cuatro zonas de densidad electrónica (cuatro enlaces sencillos o una combinación de enlaces sencillos y pares de electrones no enlazantes), forma enlaces de tipo sigma (enlaces sencillos).

Hibridación sp²

Cuando un átomo central tiene tres zonas de densidad electrónica (tres enlaces sigma y/o pares de electrones no enlazantes) y forma al menos un enlace pi (enlaces dobles).

Hibridación sp

Cuando un átomo central presenta geometría lineal y forma un triple enlace o dos dobles enlaces (dos zonas de densidad electrónica).

Propiedades Periódicas

Radio Atómico

El radio atómico es la distancia promedio desde el núcleo hasta el electrón más externo de un átomo.

Variación en un Grupo (Vertical)

Comparación en el mismo grupo de la Tabla Periódica (T.P.): Si el átomo X se encuentra en un periodo inferior dentro del mismo grupo, posee más capas electrónicas, lo que resulta en un mayor radio atómico.

Variación en un Periodo (Horizontal)

Comparación en el mismo periodo de la Tabla Periódica (T.P.): Si dos elementos pertenecen al mismo periodo, tienen el mismo número de capas electrónicas. Sin embargo, el átomo X, al tener más protones, ejerce una mayor atracción sobre los electrones de valencia, lo que reduce su tamaño y, por lo tanto, tiene un menor radio atómico.

Energía de Ionización

La energía de ionización es la energía mínima requerida para arrancar un electrón de un átomo o ion en estado gaseoso.

Variación en un Periodo

Comparación en el mismo periodo: Al estar en el mismo periodo, los átomos tienen el mismo número de capas electrónicas. El átomo X, al tener un mayor número de protones, atrae con más fuerza a los electrones de valencia, lo que los mantiene más cerca del núcleo. Por consiguiente, costará más arrancarlos, requiriendo una mayor energía de ionización.

Tendencia a Absorber Electrones

Un ion o átomo (X) tenderá a absorber electrones si el proceso es energéticamente favorable. Esto ocurre cuando la energía liberada al capturar un electrón (afinidad electrónica) es significativa, o cuando la energía necesaria para arrancar sus propios electrones de valencia es muy alta, lo que lo impulsa a completar su octeto.

Tendencia a Ceder Electrones

Un ion o átomo (X) tenderá a ceder electrones si la energía necesaria para arrancarlos de su capa de valencia (energía de ionización) es baja, lo que lo hace energéticamente favorable para alcanzar una configuración electrónica más estable.

Afinidad Electrónica

La afinidad electrónica es la energía liberada cuando un átomo en estado gaseoso capta un electrón.

Variación General

El átomo X tiene mayor afinidad electrónica si atrae con más fuerza a los electrones externos, liberando una mayor cantidad de energía al capturarlos.

Electronegatividad

La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer electrones de un enlace químico hacia sí mismo.

Variación en un Periodo (Horizontal)

Comparación en el mismo periodo: Ambos átomos tienen el mismo número de capas electrónicas. Sin embargo, el átomo X, al tener una mayor carga nuclear efectiva (más protones), atrae con más fuerza a los electrones de un enlace, lo que le confiere una mayor electronegatividad.

Variación en un Grupo (Vertical)

Comparación en el mismo grupo: El átomo X, al tener menos capas electrónicas (estar en un periodo superior), tiene sus electrones de valencia más cerca del núcleo. Esto resulta en una mayor atracción nuclear sobre los electrones de un enlace, confiriéndole una mayor electronegatividad.