¿Qué es el número estérico?

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El número estérico está asociado a un modelo que predice la forma de las moléculas o iones poliatómicos; la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (TRePEV). El modelo se basa en la repulsión electroestática alrededor del átomo de los pares de electrones de valencia. La hipótesis básica del modelo es que estos electrones se repelen mutualmente, por lo que se disponen espacialmente de forma que se minimice la repulsión, y de esta forma se define la geometría de la molécula. El número de pares de electrones de valencia alrededor del átomo, tanto los que comparten un enlace como los que no lo hacen, se denomina número estérico.

El modelo atómico TRePEV es alternativo a la teoría del enlace de valencia, que aborda el tema determinando orbitales accesibles energéticamente para formar enlaces, y también a la teoría de los orbitales moleculares, que estudia la formación de orbitales moleculares para determinar cómo los átomos se combinan formando moléculas o iones poliatómicos. El modelo TRePEV es limitado, ya que se trata de una teoría cualitativa, no cuantitativa, limitada a la obtención de geometrías moleculares. Por otra parte, la TRePEV no describe correctamente muchas estructuras de compuestos de metales de transición, cuya valencia es atribuible a la interacción de los electrones d de la corteza electrónica con los ligandos que están más distantes del alcance de los pares de electrones sin ligar.

Cálculo del número estérico

El número estérico se calcula como la suma de los pares de electrones no ligados al átomo central, más el número de átomos ligados al átomo central. Veamos algunos ejemplos:

  • En el caso del metano (CH4), el átomo de carbono, que es átomo central, está ligado a cuatro átomos de hidrógeno, y no hay ningún par de electrones que no esté ligado; por lo tanto, el número estérico es 4. La disposición geométrica es tetraédrica, ya que hay cuatro pares de electrones ligados. Los cuatro átomos de hidrógeno se posicionan en los vértices de un tetraedro, y el ángulo de enlace es 109,5º. Es una molécula del tipo AB4, dónde el átomo central es A y la letra B representa los demás átomos.
  • El amoníaco (NH3), también tiene un número estérico de 4, resultante del enlace del átomo de nitrógeno, el átomo central, con tres átomos de hidrógeno, quedando un par de electrones sin ligar. La nomenclatura general es AB3E, donde E representa el par de electrones libres.  En este caso, el par de electrones no ligados no está unido a otro átomo, pero incide en la geometría por la repulsión electroestática que genera. Al igual que en el caso del metano, hay cuatro regiones de densidad electrónica, y por lo tanto la orientación general es tetraédrica. Pero hay sólo tres átomos ligados al átomo central por lo que la geometría es de una pirámide de base triangular. La geometría de la molécula está determinada por la relación de los átomos, aunque los pares de electrones no ligados influyan. Esta influencia determina que, aunque el ángulo de enlace HCH se determine en 109,5º, en el caso del amoníaco el ángulo de enlace HNH es menor.
  • Otros dos casos típicos son la molécula de agua y la de dióxido de carbono. El agua (H2O) tiene al oxígeno como átomo central al cual se ligan dos átomos de hidrógeno. El oxígeno tiene además dos pares de electrones sin ligar, por lo que el número estérico del agua es 4. En el caso de dióxido de carbono (CO2) hay dos grupos de enlaces dobles entre el carbono y el oxígeno, no quedando pares de electrones libres; por lo tanto, en número estérico es 2.

La tabla siguiente muestra la geometría de distintos tipos de molécula, mientras que la figura siguiente muestra la distribución electrónica y la distribución geometrica de moléculas del tipo AB2E2 como el agua, y de moléculas tipo AB3E1 como el amoníaco.

Tipo de moléculaFormaEjemplos
AB1EnMolécula diatómicaHF, O2
AB2E0LinealBeCl2, HgCl2, CO2
AB2E1AngularNO2, SO2, O3
AB2E2AngularH2O, OF2
AB2E3LinealXeF2, I3
AB3E0Triangular planaBF3, CO32-, NO3, SO3
AB3E1Piramidal de base triangularNH3, PCl3
AB3E2En forma de TClF3, BrF3
AB4E0TetraédricaCH4, PO43-, SO42-,ClO4
AB4E1BalancínSF4
AB4E2Cuadrada planaXeF4
AB5E0Bipiramidal de base triangularPCl5
AB5E1Piramidal de base cuadradaClF5, BrF5
AB5E2Pentagonal planaXeF5
AB6E0OctaédricaSF6
AB6E1Piramidal de base pentagonalXeOF5, IOF52-
AB7E0Bipiramidal de base pentagonalIF7
Distribución electrónica, incluyendo en amarillo los pares de electrones no ligados (izquierda) y la geometría, excluyendo los pares de electrones no ligados (derecha), de moléculas del tipo AB2E2 como el agua (figuras superiores), y de moléculas tipo AB3E1 como el amoníaco (figuras inferiores).
Distribución electrónica, incluyendo en amarillo los pares de electrones no ligados (izquierda) y la geometría, excluyendo los pares de electrones no ligados (derecha), de moléculas del tipo AB2E2 como el agua (figuras superiores), y de moléculas tipo AB3E1 como el amoníaco (figuras inferiores).

Fuente

Stephen Stoker. General, Organic, and Biological Chemistry. Cengage Learning, 2009.

https://westendchronicle.com/es/texts/9002-how-to-calculate-a-steric-number

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Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

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