¿Cómo se determinan los ángulos de enlace?

El las posiciones de los átomos entre sí en una red cristalina (sólida) se pueden determinar mediante cristalografía de rayos X. Desde estas posiciones, las longitudes y los ángulos de los enlaces también se pueden calcular con precisión.

Probablemente el caso más memorable de resolver la estructura geométrica de una molécula fue Franklin y Gosling «s cristalografía de rayos X del ADN , información que luego utilizaron Watson y Crick para resolver el misterio de la estructura del ADN.

Para muchos compuestos simples (binarios) las formas moleculares y los ángulos de enlace también se pueden determinar teóricamente (ver enlace).

Comentarios

• I ' d quisiera agregar que los ángulos de enlace (así como las longitudes de enlace) de moléculas (simples) en la fase gaseosa se pueden determinar mediante espectroscopía rotacional. Cuando se toma el espectro rotacional de una molécula, se pueden determinar las constantes rotacionales que dependen de las masas de los átomos y las posiciones relativas de los átomos. Cuando uno o más átomos son sustituidos por otro isótopo (por ejemplo, D por H), la aproximación de Born-Oppenheimer nos dice que las posiciones relativas de los átomos en la molécula no cambian (en el SE electrónico todos los núcleos se consideran de masa infinita a primer orden).
• Las constantes rotacionales cambian de curso y a partir del cambio en ellas se pueden determinar las posiciones relativas. Por supuesto, cuanto más grande es la molécula, más sustituciones se necesitan. Las ecuaciones necesarias se denominan ecuaciones de Kraitchman.

Usamos repulsión de pares de electrones de capa de valencia ( VSEPR) para predecir la geometría de moléculas e iones enlazados covalentemente. Una vez determinados el modelo y los ángulos predichos, realizamos cálculos utilizando la ecuación de Schrödinger no relativista basada en los modos vibracionales de la molécula y los comparamos con los datos espectroscópicos para verificar la concordancia.

Citando de este tutorial ,

El modelo VSEPR se puede explicar de la siguiente manera. Sabemos que un átomo tiene una capa exterior de electrones de valencia. Estos electrones de valencia pueden estar involucrados en la formación de enlaces simples, dobles o triples, o pueden no estar compartidos. Cada conjunto de electrones, ya sea no compartido o en un enlace, crea una región del espacio cargada negativamente. Ya hemos aprendido que las cargas iguales se repelen entre sí. El modelo VSEPR establece que las diversas regiones que contienen electrones o nubes de electrones alrededor de un átomo se extienden de modo que cada región está lo más lejos posible de las demás.

Mencionas un ángulo de 109,5 grados. Este ángulo se refiere a estructuras con cuatro regiones de alta densidad de electrones alrededor del átomo central.

Las siguientes estructuras de Lewis muestran tres moléculas cuyo átomo central está rodeado por cuatro nubes de alta densidad de electrones:

^{Fuente de la imagen}

Citando nuevamente de aquí ,

Estas moléculas son similares en que cada átomo central está rodeado por cuatro pares de electrones, pero difieren en el número de pares de electrones no compartidos en el átomo central. Recuerda que, aunque las hemos dibujado en un plano, las moléculas son tridimensionales y los átomos pueden estar delante o detrás del plano del papel. ¿Qué geometría predice la teoría VSEPR para estas moléculas?

Vamos a predecir la forma del metano, CH4. La estructura de Lewis del metano muestra un átomo central rodeado por cuatro regiones separadas de alta densidad de electrones. Cada región consta de un par de electrones que unen el átomo de carbono a un átomo de hidrógeno. Según el modelo VSEPR, estas regiones de alta densidad de electrones se extienden desde el átomo de carbono central de tal manera que están lo más lejos posible entre sí.

Puede predecir la forma resultante usando una espuma de poliestireno bola o malvavisco y cuatro palillos. Introduce los palillos en la bola, asegurándote de que los extremos libres de los palillos estén lo más lejos posible entre sí. Si los ha colocado correctamente, el ángulo entre dos mondadientes será de 109,5 °.Si ahora cubre este modelo con cuatro hojas triangulares de papel, habrá construido una figura de cuatro lados llamada tetraedro regular. La figura 7.8 muestra (a) la estructura de Lewis para el metano, (b) la disposición tetraédrica de las cuatro regiones de alta densidad electrónica alrededor del átomo de carbono central y (c) un modelo de metano que llena el espacio.

^{Fuente de la imagen}

Una vez que prediga el ángulo de unión apropiado a partir del modelo VSEPR, entonces basado en este modelo , se puede comenzar a realizar cálculos de energía asociados con diferentes modos vibracionales de la molécula utilizando la ecuación no relativista de Schródinger. Luego, se comparan esos resultados con los valores observados en los datos espectroscópicos que verifican que el modelo es correcto.

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