En química , una formación de bipirámide trigonal es una geometría molecular con un átomo en el centro y 5 átomos más en las esquinas de una bipirámide triangular . [1] Esta es una geometría para la cual los ángulos de enlace que rodean al átomo central no son idénticos (ver también bipirámide pentagonal ), porque no existe una disposición geométrica con cinco átomos terminales en posiciones equivalentes. Ejemplos de esta geometría molecular son el pentafluoruro de fósforo ( PF 5 ) y el pentacloruro de fósforo ( PCl 5 ) en fase gaseosa. [2]
Los cinco átomos unidos al átomo central no son todos equivalentes y se definen dos tipos diferentes de posición. En el caso del pentacloruro de fósforo , por ejemplo, el átomo de fósforo comparte un plano con tres átomos de cloro en ángulos de 120° entre sí en posiciones ecuatoriales , y dos átomos de cloro más por encima y por debajo del plano ( posiciones axiales o apicales ).
Según la teoría de geometría molecular VSEPR , una posición axial está más poblada porque un átomo axial tiene tres átomos ecuatoriales vecinos (en el mismo átomo central) en un ángulo de enlace de 90°, mientras que un átomo ecuatorial tiene sólo dos átomos axiales vecinos en un ángulo de enlace de 90°. Ángulo de unión de 90°. Para moléculas con cinco ligandos idénticos, las longitudes de los enlaces axiales tienden a ser más largas porque el átomo del ligando no puede acercarse tanto al átomo central. Como ejemplos, en PF 5 la longitud del enlace axial P-F es 158 pm y el ecuatorial es 152 pm, y en PCl 5 el axial y el ecuatorial son 214 y 202 pm respectivamente. [2]
En el haluro mixto PF 3 Cl 2 los cloros ocupan dos de las posiciones ecuatoriales, [2] indicando que el flúor tiene una mayor apicofilicidad o tendencia a ocupar una posición axial. En general, la apicofilicidad del ligando aumenta con la electronegatividad y también con la capacidad de extracción de electrones pi, como en la secuencia Cl <F <CN. [3] Ambos factores disminuyen la densidad de electrones en la región de enlace cerca del átomo central, por lo que el apiñamiento en la posición axial es menos importante.
La teoría VSEPR también predice que la sustitución de un ligando en un átomo central por un par solitario de electrones de valencia deja la forma general de la disposición electrónica sin cambios y el par solitario ocupa ahora una posición. Para moléculas con cinco pares de electrones de valencia, incluidos pares enlazantes y pares libres, los pares de electrones todavía están dispuestos en una bipirámide trigonal, pero una o más posiciones ecuatoriales no están unidas a un átomo de ligando, de modo que la geometría molecular (solo para los núcleos) es diferente.
La geometría molecular de balancín se encuentra en el tetrafluoruro de azufre (SF 4 ) con un átomo de azufre central rodeado por cuatro átomos de flúor que ocupan dos posiciones axiales y dos ecuatoriales, así como un par solitario ecuatorial, correspondiente a una molécula AX 4 E en la notación AX. . Una geometría molecular en forma de T se encuentra en el trifluoruro de cloro (ClF 3 ), una molécula AX 3 E 2 con átomos de flúor en dos posiciones axiales y una ecuatorial, así como dos pares libres ecuatoriales. Finalmente, el ion triyoduro ( I−
3) también se basa en una bipirámide trigonal, pero la geometría molecular real es lineal con átomos de yodo terminales sólo en las dos posiciones axiales y las tres posiciones ecuatoriales ocupadas por pares solitarios de electrones (AX 2 E 3 ); Otro ejemplo de esta geometría lo proporciona el difluoruro de xenón , XeF 2 .
Los isómeros con una geometría bipiramidal trigonal son capaces de interconvertirse mediante un proceso conocido como pseudorotación de Berry . La pseudorotación es similar en concepto al movimiento de un diastereómero conformacional, aunque no se completan revoluciones completas. En el proceso de pseudorotación, dos ligandos ecuatoriales (ambos con una longitud de enlace más corta que el tercero) se "desplazan" hacia el eje de la molécula, mientras que los ligandos axiales se "desplazan" simultáneamente hacia el ecuador, creando un movimiento cíclico constante. La pseudorotación es particularmente notable en moléculas simples como el pentafluoruro de fósforo (PF 5 ).