Que propiedades puede predecir la simetria molecular?
Respuestas a la pregunta
Respuesta:Resumen
La simetría de una molécula determina muchas de sus
propiedades. El estudio de la Simetría Molecular es
muy importante porque permite completar análisis
teóricos y experimentales sobre la estructura de las
moléculas. Sus principios básicos son aplicados en las
teorías de la química cuántica, la espectroscopia
molecular y otros estudios de física y química.
Palabras clave: Elementos de simetría, espectroscopia
molecular, grupos puntuales.
Introducción
Sin duda alguna, la belleza y el orden de las cosas
dependen de su simetría. Este concepto aplicado a las
moléculas, abarca varios tipos de simetría siendo los
más comunes aquellos que se refieren a la rotación y/o
traslación de un elemento o grupo de ellos o bien, a
las imágenes reflejadas de elementos que definen la
simetría especular [1].
Cuando se da vueltas a un balón colocado en la
punta de un dedo (ver figura 1), nos parece que el
balón no cambia debido al fenómeno de la simetría
rotacional.
Una serie alineada de elementos iguales y del
mismo color (iguales características) presenta simetría
traslacional, pues es indistinguible esta serie de otra
donde el primer elemento ha sido colocado al final de
la fila como se señala en la figura 2.
Nosotros mismos somos indistinguibles, salvo por
pequeños detalles, de la imagen reflejada en un espejo
(ver figura 3). A esto se le conoce como simetría
especular.
El objetivo de este escrito es analizar algunos
elementos de simetría puntal en moléculas tales
como la identidad, acción, ejes, planos y centros.
Esto es de gran ayuda para que estudiantes de cursos
básicos de Química entiendan mejor la estructura de
las moléculas y la aplicación de técnicas analíticas en
la identificación y cuantificación de compuestos
químicos.
Figura 1. Rotación de un balón
Figura.2. Filas de elementos idénticos.
Figura .3. Imagen especular de un individuo.
Como soporte al objetivo perseguido, se dan
algunos ejemplos con moléculas sencillas como
aquellas del agua, amoniaco y benceno. También se
mencionan algunas técnicas espectroscópicas, muy
usadas hoy en día, y que basan sus principios en las
propiedades de las moléculas, principalmente en su
simetría.
Simetría de las moléculas
Las moléculas son un arreglo espacial de átomos
que determina su simetría y por consiguiente define
los elementos de simetría propios de la molécula. En
una transformación coordinada de una molécula toman
parte diversos elementos de simetría [2].
Elementos de simetría en las moléculas
1) Identidad, I. Esta es una propiedad que todas las
moléculas tienen y es la identificación de la
misma al permanecer inamovible, o bien al
hacerla girar 360° alrededor de un eje principal
queda la molécula en su posición original. A este
parámetro también se le denomina como C1 de
acuerdo a la notación espectroscópica llamada de
Schoenflies, figura 4.
2) Acción de simetría A. Es el movimiento molecular
de giro que al terminarse, la molécula queda
aparentemente sin cambios (ver figura 5). Así que,
una molécula tiene p movimientos de simetría.
3) Centro de simetría, i. Punto simétrico que parece
inamovible durante uno o más movimientos de
simetría, tal como se indica en la figura 6.
En ocasiones coincide el centro de simetría con un
átomo de la molécula en cuestión. Sin embargo, no
todas las moléculas poseen un centro de simetría.
Ciertas moléculas tienen isómeros (moléculas con el
mismo número y tipo de átomos pero en diferente
posición espacial) que no presentan un centro de
simetría. Por ejemplo, de los isómeros del
dibromodicloroetano (CHBrCl-CHBrCl), sólo el
isómero trans tiene centro de simetría.
A
B
C C
Figura 4. Molécula sin movimiento aparente.
A
B
C C
A 180°
B
C C
Figura 5. Rotación de la molécula, 180°.
Trans-dibromo Cis-dibromo
dicloroetano dicloroetano
Carbono Hidrógeno Cloro Bromo
Figura 7. Centro de Simetría en la molécula de Trans-
Dibromodicloroetano.
Z
Y
X
Carbono Hidrógeno
Figura 6. Centro de simetría en el benceno.
4) Eje de simetría, Cp. Línea imaginaria alrededor de
la cual se ejecuta un movimiento de simetría en la
molécula. La rotación a través de este eje en
ángulos de 360°/p ofrece configuraciones
indistinguibles en la molécula.
A continuación se esquematizan ejemplos de
moléculas sencillas como el agua y el amoniaco que
tienen diferentes ejes de simetría [3]. La molécula de
agua, H2O (dos átomos de hidrógeno unidos a un
átomo de oxígeno), puede girar 180° con un
movimiento de rotación sin cambio aparente, es decir;
tiene dos posiciones simétricas alrededor de un eje
díada, C2. Esto se muestra en la figura 8.
Figura 12. Plano horizontal de simetría en la
molécula de PCl5
.
Explicación: