Geometria molecular

Geometria de la molècula d'aigua.

La geometria molecular o estructura molecular es referix a la disposició tridimensional dels àtoms que constituïxen una molècula. Determina moltes de les propietats de les molècules, reactivitat, polaritat, fase, color, magnetisme, activitat biològica, etc. Actualment, el principal model Teoria de Repulsió de Parells d'Electrons de Valéncia (TRPEV), empleada internacionalment pel seu gran predictibilitat.

Determinació de la geometria molecular

Les geometries moleculars es determinen millor quan les mostres estan pròximes al zero absolut perque a temperatures més altes les molècules presentaran un moviment rotacional considerable. En l'estat sòlit la geometria molecular pot ser medida per Difracció de rajos X. Les geometries es poden calcular per procediments mecànic quàntics ab initio o per métodos semiempírics de modelament molecular.

La posició de cada àtom es determina per la naturalea dels enllaços químics en els que es conecta als seus àtoms veïns. La geometria molecular pot descriure's per les posicions d'estos àtoms en l'espai, mencionant la llongitut d'enllaç de dos àtoms units, àngul d'enllaç de tres àtoms conectats i àngul de torsió de tres enllaços consecutius.

Moviment atòmic

Ya que el moviment dels àtoms en una molècula està determinat per la mecànica quàntica, un deu definir el "moviment" d'una manera quàntica.

Els moviments quàntics (externs) de translació i rotació canvien fortament la geometria molecular. (En algun grau la rotació influïx en la geometria per mig de la força de Coriolis i la distorsió centrífuga, pero són despreciables en la present discussió).

Un tercer tipo de moviment és la vibració , un moviment intern dels àtoms en una molècula. Les vibracions moleculars són harmòniques (a lo manco en una primera aproximació), #lo que significa que els àtoms oscilen entorn a la seua posició de equilibri, inclús a la temperatura del zero absolut. En el zero absolut tots els àtoms estan en el seu estat vibracional basal i mostren moviment mecànic quàntic de punt zero, açò és, la funció d'ona d'un modo vibracional simple no és un pico agut, sino un exponencial d'ample finit. A temperatures majors, els modos vibracionals poden ser excitats tèrmicament (en un interpretació clàssica, açò s'expressa en enunciar que "les molècules vibraran més ràpit"), pero sempre oscilen al voltant d'una geometria reconeixible per a la molècula.

Per a tindre una comprensió més clara de la provabilitat de que la vibració d'una molècula puga ser tèrmicament excitada, s'inspecciona el factor de Boltzmann <math>\exp\left( -\frac{\Delta E}{kT} \right) </math>, on <math>\Delta E</math> és l'energia d'excitació del modo vibracional, <math>k</math> és la constant de Boltzmann i <math>T</math> és la temperatura absoluta. A 298K (25°C), uns valors típics del factor de Boltzmann són: ΔE = 500 cm^-1 --> 0.089; ΔE = 1000 cm^-1 --> 0.008; ΔE = 1500 cm^-1 --> 7 10^-4. Açò és, si l'energia d'excitació és 500 cm^-1, aproximadament el 9% de les molècules estan tèrmicament excitades a temperatura ambiente. La menor energia vibracional d'excitació és el modo de flexió (aproximadament 1600 cm^-1). En conseqüència, a temperatura ambiente menys del 0,07% de totes les molècules d'una cantitat donada d'aigua vibraran més ràpit que en el zero absolut.

Com es va mencionar anteriorment, la rotació influïx fortament sobre la geometria molecular. Pero, com a moviment mecànic quàntic, s'excita a baixes temperatures (comparada en la vibració). Des d'un punt de vista clàssic, pot dir-se que més molècules rotan més ràpidament a temperatura ambiente, açò és que tenen major velocitat angular i moment angular. En llenguage de mecànica quàntica: més "eigenstates" d'alt momentum angular són poblats tèrmicament en aumentar la temperatura. Les energies d'excitació rotacionals típiques estan en l'orde d'uns pocs cm^-1.

Els resultats de molts experiments espectroscòpics estan eixamplats perque involucren una mija de varis estats rotacionals. Freqüentment és difícil obtindre les geometria a partir dels espectres a altes temperatures, perque el número d'estats rotacionals rastrejats en l'experiment aumenta en incrementar-se la temperatura. En conseqüència, moltes observacions espectroscòpiques a soles es pot esperar que conduïxquen a #geometria moleculars confiables a temperatures propenques al zero absolut.

Enllaços Atòmics

Per definició, els àtoms en les molècules solen estar units uns a uns atres en enllaços covalent, que poden ser simples, dobles o triples, on un "enllaç" és un parell d'electrons compartits entre àtoms veïns. Un atre método d'unió entre àtoms es denomina enllaç iònic en el que intervenen cations positius i anió negatius, sense que es formen molècules sino rets iòniques.

La geometria molecular pot ser especificada en térmens de llongitut d'enllaç, àngul d'enllaç i àngul torsional. La llongitut d'enllaç està definida com la distància mija entre els centres de dos àtoms enllaçats en una molècula donada. Un àngul d'enllaç és l'àngul format per tres àtoms enllaçats consecutivament. Per a quatre àtoms units consecutivament en una cadena llínea, l'àngul *torsional és l'àngul entre el pla format pels tres primers àtoms i el pla format pels tres últims àtoms.

Isòmers

Els isòmers són tipos de molècules que compartixen la mateixa fòrmula química, pero que tenen diferents #geometria, resultant en propietats molt distintes:

• Una substància "pura" està composta d'a soles un tipo d'isòmer d'una molècula (totes tenen la mateixa estructura geomètrica).
• Els isòmers estructurals tenen la mateixa fòrmula química, pero diferent ordenament físic, freqüentment formant #geometria moleculars alternes en propietats molt diferents. Els àtoms no estan enllaçats (conectats) en el mateix orde.
• Els isòmers funcionals són una classe especial d'isòmers estructurals, on certs grups d'àtoms exhibixen un tipo especial de comportament, com és un éter o un alcohol.
• Els estereoisòmers poden tindre moltes propietats físicoquímiques idèntiques i, al mateix temps, activitat biològica molt diferent. Açò es deu a que posseïxen la quiralitat que és molt comuna en els sistemes vivents. Una manifestació d'esta quiralitat és la seua habilitat per a fer rotar la llum polarisada en direccions diferents.
• Protein folding, que concernix a la complexa geometria i diferents isómers que les proteïnas poden tindre.

La geometria molecular es representa en una piràmide en la qual en la punta inicial hi ha una molècula d'oxigen en càrrega negativa, quedant en les atres dos puntes dos molècules d'hidrogen en càrrega positiva, que són separades per un àngul de 104.5º; l'enllaç que unix el hidrogen en l'oxigen es diu enllaç covalent, i també existix un enllaç que unix a una atra piràmide idèntica a l'anteriorment nomenada cridat enllace pont hidrogen.

Tipos d'estructura molecular

Tipo de molècula	Forma	Disposició electrònica†	Geometria‡	Eixamples
AX1En	Molècula diatòmica			HF, O2, CO
AX2E0	Llineal			BeCl2, HgCl2, CO2, PbCl2
AX2E1	Angular			NO2−, SO2, O3
AX2E2	Angular forma "V"			H2O, OF2, SCl2
AX2E3	Llineal			XeF2, I3−
AX3E0	Trigonal plana			BF3, CO32−, NO3−, SO3
AX3E1	Tetraedro piramidal			NH3, PCl3
AX3E2	Forma de T			ClF3, BrF3
AX4E0	Tetraèdrica			CH4, PO43−, SO42−, ClO4−
AX4E1	Balancí			SF4
AX4E2	Cuadrada plana			XeF4
AX5E0	Bipiràmide trigonal			PCl5
AX5E1	Piràmide cuadrangular			ClF5, BrF5
AX6E0	Octaèdrica			SF6
AX6E1	Piràmide pentagonal			XeOF— 5, IOF2- 5
AX7E0	Bipiràmide pentagonal			IF7

† Disposició electrònica incloent els parells no enllaçants (mostrats en groc) ‡ Geometria observada (excloent els parells no enllaçants)

Bibliografia

• Plantilla:Cita publicación

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Geometria molecular.
• Est artícul fon creat a partir de la traducció de l'artícul es.wikipedia.org/wiki/Geometría molecular de la Wikipedia en espanyol, baix llicència Creative Commons-BY-SA.