Geometría molecular tetraédrica

Geometría molecular tetraédrica
Estructura ideal de una molécula teraédrica con un átomo central de color rosa.
El metano (CH 4 ) es una molécula tetraédrica, con ángulos de enlace de 109º

La geometría molecular tetraédrica es un tipo de geometría molecular en la que un átomo central se encuentra en el centro enlazado químicamente con cuatro sustituyentes que se encuentran en las esquinas de un tetraedro. Algunos ejemplos de especies químicas con esta geometría son el metano (CH4), el ion amonio (NH4+), o los aniones sulfato (SO42-) y fosfato (PO43-).

Contenido

Ángulos de enlace y simetría

Los ángulos de enlace cumplen la condición cos σ = −1/3

por lo que σ = cos−1(−1/3)     y por tanto σ ≈ 109,5°, cuando los cuatro sustituyentes son iguales, como en el CH4. Esta geometría molecular es común en todos los elementos químicos de la primera mitad de la tabla periódica. El tetraedro perfectamente simétrico pertenece al grupo puntual Td, pero la mayoría de las moléculas tetraédricas no poseen tan alta simetría porque los cuatro sustituyentes no son iguales. Las moléculas tetraédricas puede ser quirales si poseen los cuatro sustituyentes diferentes.

Ejemplos

Elementos representativos

La práctica totalidad de los compuestos orgánicos saturados, y la mayoría de los compuestos de Si, Ge, y Sn son tetraédricos. A menudo, las moléculas tetraédricas muestran enlaces múltiples a ligandos exteriores, como en tetróxido de xenón (XeO4), el ion perclorato (ClO4-), el ion sulfato (SO42-) o el ion fosfato (PO43-). El trifluoruro de tiazilo, SNF3 es tetraédrico, con un triple enlace azufre-nitrógeno.[1]

El amoníaco (NH3) puede ser clasificado como tetraédrico, si se tiene en cuenta el par solitario como un ligando como en el lenguaje de la teoría RPECV, pero es más conveniente considerar la molécula como piramidal trigonal. Los ángulos H-N-H son 107°, algomenores del valor teórico 109,4°, una diferencia atribuida a la influencia del par solitario.

Metales de transición

Nuevamente, la geometría está muy extendida, particularmente para los complejos en los que el metal tiene configuración d0 o d10. Ejemplos ilustrativos son el tetraquis(trifenilfosfina)paladio (0), el carbonilo de níquel y el tetracloruro de titanio. Muchos complejos con niveles d incompletos son a menudo tetraédricos, por ejemplo, los tetrahaluros de hierro (II), cobalto (II) y níquel (II).

Estructura del agua

Moléculas de agua líquida mostrando geometría de tetraedro irregular.

La configuración más común de las moléculas de agua líquida es tetraédrica con dos átomos de hidrógeno unidos covalentemente al oxígeno y otros dos hidrógenos unidos por enlaces de hidrógeno. Ya que los enlaces de hidrógeno varían en longitud muchas de estas moléculas de agua no son simétricas y forma tetraedros irregulares transitorios entre sus cuatro átomos de hidrógeno asociados.[2] Cuando la molécula de agua está aislada (estado gaseoso) presenta geometría angular.

Excepciones y distorsiones

La inversión de los tetraedros se presenta con frecuencia en química orgánica y en compuestos de los elementos representativos. La llamada inversión de Walden ilustra las consecuencias estereoquímicas de la inversión en el carbono. La inversión del nitrógeno en el amoniaco también implica la formación transitoria de moléculas NH3 planas.

Geometría tetraédrica invertida

Las restricciones geométricas en una molécula puede causar una grave distorsión de la geometría tetraédrica ideal. En los compuestos con "carbono invertido", por ejemplo, el carbono es piramidal.[3]

Carbono invertido

Los ejemplos más simples de moléculas orgánicas mostrando carbono invertido son los propelanos más pequeños, por ejemplo, el [1.1.1]propelano, o en general, o más en general los paddlanos,[4] y piramidanos[5] [6] Estas moléculas poseen típicamente tensión estructural, lo que da como resultado una mayor reactividad.

Planarización

Un tetraedro también puede aparecer distorsionado por el aumento del ángulo entre dos de los enlaces. En el caso extremo, se produce un aplanamiento de la molécula. Entre los compuestos de carbono, este fenómeno se puede observar en una clase de compuestos llamados fenestranos.

Referencias

  1. ↑ G. L. Miessler and D. A. Tarr. Inorganic Chemistry (3rd edición). Pearson/Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6. 
  2. ↑ P. E. Mason and J. W. Brady (2007). «"Tetrahedrality" and the Relationship between Collective Structure and Radial Distribution Functions in Liquid Water». J. Phys. Chem. B 111 (20):  pp. 5669–5679. doi:10.1021/jp068581n. 
  3. ↑ «Inverted geometries at carbon Kenneth B. Wiberg». Acc. Chem. Res. 17 (11):  pp. 379–386. 1984. doi:10.1021/ar00107a001. 
  4. ↑ International Union of Pure and Applied Chemistry. "paddlanes". «Compendium of Chemical Terminology» Internet edition (en inglés).
  5. ↑ Joseph P. Kenny, Karl M. Krueger, Jonathan C. Rienstra-Kiracofe, and Henry F. Schaefer III (2001). «C5H4: Pyramidane and Its Low-Lying Isomers». J. Phys. Chem. A 105 (32):  pp. 7745–7750. doi:10.1021/jp011642r. 
  6. ↑ Lewars E. (1998). «Pyramidane: an ab initio study of the C5H4 potential energy surface». Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 423 (3):  pp. 173–188. doi:10.1016/S0166-1280(97)00118-8. 

Enlaces externos


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