Geometría molecular tetraédrica

Aparte de prácticamente todos los compuestos orgánicos saturados, la mayoría de los compuestos de Si, Ge y Sn son tetraédricos. A menudo, las moléculas tetraédricas presentan enlaces múltiples con los ligandos externos, como en el tetróxido de xenón (XeO₄ ₎ , el ion perclorato ( ClO⁻⁴ ) , el ion sulfato ⁽ SO₄²⁻⁴ ) y el ion fosfato ( PO₄³⁻⁴ ). El trifluoruro de tiazilo ( SNF₃ ) es tetraédrico y presenta un triple enlace azufre-nitrógeno. ^[ ₃ ^]

Otras moléculas presentan una disposición tetraédrica de pares de electrones alrededor de un átomo central; por ejemplo, _el amoníaco ( NH₃ ), con el átomo de nitrógeno rodeado por tres hidrógenos y un par de electrones no enlazantes . Sin embargo, la clasificación habitual solo considera los átomos enlazados y no el par de electrones no enlazantes, por lo que el amoníaco se considera piramidal . Los ángulos H–N–H son de 107°, contraídos de 109,5°. Esta diferencia se atribuye a la influencia del par de electrones no enlazantes, que ejerce una mayor repulsión que un átomo enlazado.

Nuevamente, la geometría es común, especialmente en complejos donde el metal tiene configuración d ⁰ o d ^10. Ejemplos ilustrativos incluyen el tetrakis(trifenilfosfina)paladio(0) ( Pd [ P(C ₆ H ₅ ) ₃ ] ₄ ), el carbonilo de níquel ( Ni(CO) ₄ ) y el tetracloruro de titanio ( TiCl ₄ ). Muchos complejos con capas d incompletas suelen ser tetraédricos, por ejemplo, los tetrahaluros de hierro(II), cobalto(II) y níquel(II).

En la fase gaseosa, una sola molécula de agua tiene un átomo de oxígeno rodeado por dos hidrógenos y dos pares de electrones no enlazantes, y la geometría del _H₂O se describe simplemente como curvada sin considerar los pares de electrones no enlazantes .

Sin embargo, en el agua líquida o en el hielo, los pares de electrones no enlazantes forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua vecinas. La disposición más común de los átomos de hidrógeno alrededor de un oxígeno es tetraédrica, con dos átomos de hidrógeno unidos covalentemente al oxígeno y dos unidos por enlaces de hidrógeno. Dado que la longitud de los enlaces de hidrógeno varía, muchas de estas moléculas de agua no son simétricas y forman tetraedros irregulares transitorios entre sus cuatro átomos de hidrógeno asociados. ^{[ 4 ]}

Las restricciones geométricas en una molécula pueden causar una distorsión severa de la geometría tetraédrica idealizada. En compuestos que presentan una geometría tetraédrica "invertida" en un átomo de carbono, los cuatro grupos unidos a este carbono se encuentran en un lado de un plano. ^{[ 5 ]} El átomo de carbono se ubica en o cerca del vértice de una pirámide cuadrada con los otros cuatro grupos en los vértices. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Los ejemplos más simples de moléculas orgánicas que muestran geometría tetraédrica invertida son los propellanos más pequeños , como el [1.1.1]propelano ; o más generalmente los paddlanes , ^{[ 8 ]} y el piramidano ([3.3.3.3]fenestrano). ^{[ 6 ] [ 7 ]} Estas moléculas suelen estar tensionadas , lo que resulta en una mayor reactividad.

Un tetraedro también puede distorsionarse aumentando el ángulo entre dos de sus enlaces. En casos extremos, se produce un aplanamiento. En el caso del carbono, este fenómeno se observa en una clase de compuestos denominados fenestranos .

Algunas moléculas presentan una geometría tetraédrica sin átomo central. Un ejemplo inorgánico es el tetrafósforo ( P₄ ) _, que posee cuatro átomos de fósforo en los vértices de un tetraedro, cada uno unido a los otros tres. Un ejemplo orgánico es el tetraedrano ( C₄H₄ ) _, con cuatro átomos de carbono, cada uno unido a un hidrógeno y a los otros tres carbonos. En este caso , el ángulo de enlace C−C−C teórico es de tan solo 60° (en la práctica _, el ángulo será mayor debido a los enlaces curvados ), lo que representa un alto grado de tensión.