FUNDAMENTACIÓN GEOMÉTRICA PARA EL MANEJO DE MODELOS MOLECULARES

EN EL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS QUÍMICAS E HIBRIDACIÓN

Pedro A. Rodríguez Ospina

Laura G. Restrepo Carvajal

ESTUDIANTES DE INGENIERÍA SANITARIA FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

Introducción

Tradicionalmente, desde los

niveles de educación escolar

hasta inicios de la educación

superior los fundamentos

químicos inculcados en los

jóvenes son bastante básicos y

como consecuencia, el

estudiante o aprendiz no

fundamenta ni conceptualiza a

plenitud una serie de

información aprendida en su

educación superior.

En la actualidad, la

implementación de alternativas

industriales, comerciales y

domesticas; en pro de un

desarrollo sostenible han tenido

un crecimiento considerable

debido a los numerosos

problemas medio ambientales

que afronta nuestro entorno día

a día. Para lo anterior, el

conocimiento y adecuado uso de

compuestos orgánicos resulta de

vital importancia para una

óptima formación académica.

Cuando el estudiante tiene algún

tipo de interacción con

estructuras, formulas y

ecuaciones químicas no está en

condiciones de interpretarlas

tridimensionalmente puesto que

hasta el momento no ha recibido

la educación propio para dicha

asimilación, e indiscutiblemente

para que el aprendiz llegase a

tener una cierta familiaridad con

el comportamiento molecular de

dichas sustancias, es necesario

considerar su propia estructura o

geometría y sus niveles de

Hibridación.

Aplicando lo anteriormente

descrito, estratégicamente se

han diseñado una serie de

prácticas experimentales

indispensables para la

profundización y comprensión

de dichos temas.

Resumen

La creciente conceptualización

errónea de la estructura formada

por algunas moléculas orgánicas,

ha sido objeto de estudio y

posterior aclaración en

diferentes medios académicos.

Lo anterior ha conducido a la

implementación de estrategias y

competencias académicas para

fortalecer y aclarar dichos

conocimientos que a concepción

de algunos diseñadores

curriculares, resultara de gran

importancia a lo largo de nuestra

formación académica y

profesional.

Abstract

The growing erroneus

conceptualization of the

structure formed by some

organic molecules has been a

study subject and subsequent

clarification on different

academic media this has led to

the implementation of strategies

and academic competencies to

etrenghten and clarify those

knowledges, that some

curriculum designers conceive

that will have great importance

througout our academic and

profesional carreer

Palabras claves

Molécula, Bidimensional,

Tridimensional, Sustancia,

Geometría, Átomo, Química,

Modelo, Armazón, Dimensión,

Estérico, Poliedro, Angulo,

Tetraedro, Hexaedro, Octaedro,

Propano, Metano, Ciclopropano,

Eteno, Benceno, Hibridacion,

Orbital, Valencia, Enlace.

Objetivos

1. Adquirir habilidades y

destrezas en la construcción

de diferentes clases de

ángulos (35°, 55°, 45°, 60°,

110°, 120° y 180°), entre

otros.

2. Construir poliedros

(Tetraedro, hexaedro,

octaedro), con base en

fundamentos geométricos.

3. Adquirir las habilidades y

destrezas necesarias en el

manejo y uso del sistema de

construcción molecular.

4. Identificar los diferentes

ángulos en las hibridaciones

sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2.

5. Reconocer los diferentes

tipos de combinaciones de

los orbitales atómicos

puros.

6. Construir los siguientes

compuestos: hexano,

propano, metano, ciclo

propano, sp3 eteno,

benceno sp2.

Marco Teórico

Geometría de modelos

moleculares

Es el tipo de estructura

tridimensional que forman los

átomos en una molécula, lo que

permite identificar sus

propiedades físicas y químicas,

además de su poder de

combinación o hibridación.

Entonces, para dar un mayor

entendimiento, los modelos

moleculares voluminosos o

tridimensionales presentan

colores definidos en convenciones

internacionales para ayudar a

identificar los átomos. Se

determinan comúnmente de la

siguiente forma:

Elemento Símbolo Color

Carbono C Negro

Hidrogeno H Blanco

Oxigeno O Rojo

Nitrógeno N Azul

Azufre S Amarillo

Fosforo P Violeta

Metales ----- Gris

Halógenos ----- Verde

Por otra parte existen tres tipos de

modelos moleculares que se

clasifican de la siguiente manera:

1. Modelos de esferas y barras:

Con este tipo de modelos,

solo se muestran las

relaciones geométricas de

los tomos, sin indicar una

medida de radios atómicos

ni distancias interatómicas.

2. Modelos-de-armazón:

En estos modelos, solo se

muestra el esqueleto de la

molécula pero a diferencia

de los anteriores, carecen

de esferas y representan

con precisión las distancias

interatómicas.

3. Modelos-prearmados:

En este tipo de modelos, se

representan a escala las

dimensiones de los átomos

y sus sustancias.

Hibridación

Es el proceso mediante el cual,

la combinación de algunos

grupos de orbitales da lugar a

un nuevo grupo de orbitales

atómicos con la misma

capacidad electrónica y con

propiedades y energías

intermedias iguales a las

originales, es decir, Orbital S +

Orbital P, dará lugar a dos

orbitales designados como sp

formando un ángulo de 180°.

1. La teoría del enlace valencia:

Postula que los enlaces son

el resultado de la

compartición de electrones

en orbitales solapados de

diferentes átomos.

2. La teoría de los Orbitales

moleculares:

Postula la combinación de

orbitales atómicos de

diferentes átomos para

formar orbitales

moleculares, de manera que

los electrones de esos

átomos pertenecen a la

molécula considerada como

un todo.

Materiales

Objeto Cantidad

Esfera 14

Pin 40

Transportador 1

Manguera 4

Resultados

Procedimos a la elaboración de

cada uno de ángulos y poliedros

propuestos anteriormente.

Algunos ejemplos:

Figura 1. Propano

Figura 2. Ciclopentano.

Figura 3. Etino

Figura 4. Ciclo Butano

Figura 5. Ciclo propano

Análisis

1. Construyendo ángulos y

estructuras de diferentes

poliedros se denotan

claramente la ubicación de

los mismos, por ello se

logra determinar sus

propiedades físicas y

químicas.

2. La concepción de los

ángulos formados por los

átomos de carbono

reafirman la clasificación y

tipo de una molécula

orgánica.

3. Cada molécula tiene una

estructura perfecta que le

permite tener a cierto

margen de distancia sus

átomos de Hidrogeno.

Cuestionario

1. Indique 3 compuestos

inorgánicos que posean cada

una de las formas geométricas

estudiadas.

Rta.

a. Trifluoruro de Boro (BF3)

b. Pentacloruro de Fosforo

(PCL5)

c. Hexafluoruro de azufre (SF6)

2. Si el ángulo a mide 36°,

¿Cuántos grados tiene cada

uno de los ángulos restantes ¿

Rta.

B

C

A

D

3. ¿Cuánto mide un ángulo que

es el doble de su complemento

y la mitad de su suplemento?

Rta.

El ángulo mide 60° ya que su

complemento es 120° y su

suplemento también.

4. ¿A que se le denomina

pirámide triangular?

Rta.

Es un tipo de geometría

molecular con un átomo en el

vértice superior y tres átomos

en las esquinas de un

triangulo. Cuando los tres

átomos en las esquinas son

iguales, la molécula pertenece

al grupo C3v

36

°

36

°

144°

144°

5. Investigar 2 compuestos

inorgánicos que presenten

cada uno de los tipos de

hibridación estudiados

interiormente.

Rta.

Conclusiones

1. La geometría molecular resulta

de vital importancia para la

determinación de propiedades

físicas y químicas de algunas

moléculas.

2. Los pares de electrones en la

capa de valencia de cualquier

molécula se repelen entre si y

tienden a mantenerse lo más

alejados posible.

3. Los ángulos formados en la

unión de dos o más átomos

determina el tipo de

hibridación que presenta.

Bibliografía

1. SIENEO M. y Robert Plane.

Quimica. Principios y

aplicaciones. McGrew-Rill.

Mexico. 1986. P. 174-175

2. http://rabfis15.uco.es/weiqo/

Tutorial_weiqo/Hoja8P1.html

3. WITTEN K, GAILEY K. Quimica

general. 3ra edición, editorial

McGraw-Hill, Madrid, 1999,

p.13.