What is the shape of a molecule? - George Zaidan and Charles Morton

¿Qué forma tiene una molécula? - George Zaidan y Charles Morton

Traductor: Laura Díaz Aguirre Revisor: Sebastian Betti

What is the shape of a molecule?

¿Qué forma tiene una molécula?

Well, a molecule is mostly empty space.

Una molécula es mayormente espacio vacío.

Almost all of its mass is concentrated

Casi toda su masa se concentra

in the extremely dense nuclei of its atoms.

en el núcleo extremadamente denso de sus átomos.

And its electrons,

Y sus electrones,

which determine how the atoms

que determinan cómo los átomos

are bonded to each other,

se unen entre ellos,

are more like clouds of negative charge

se parecen más a nubes de carga negativa

than individual, discrete particles.

que a partículas individuales y discretas.

So, a molecule doesn't have a shape

Así que, una molécula no tiene forma

in the same way that, for example,

en el mismo sentido en que, por ejemplo,

a statue has a shape.

lo tiene una estatua.

But for every molecule,

Pero por cada molécula,

there's at least one way

existe al menos un modo

to arrange the nuclei and electrons

de organizar los núcleos y los electrones

so as to maximize the attraction

para maximizar la atracción

of opposite charges

de las cargas de distinta naturaleza

and minimize the repulsion

y minimizar la repulsión

of like charges.

de las cargas de la misma naturaleza.

Now, let's assume that the only electrons

Ahora bien, supongamos que los únicos electrones

that matter to a molecule's shape

que importan para la forma de una molécula

are the outermost ones from each participating atom.

son los más externos de cada átomo.

And let's also assume

Y supongamos también

that the electron clouds in between atoms,

que las nubes de electrones entre los átomos,

in other words, a molecule's bonds,

es decir, las uniones de una molécula,

are shaped kind of like sausages.

tienen forma de salchichas.

Remember that nuclei are positively charged

Recuerda que los núcleos tienen carga positiva

and electrons are negatively charged,

y los electrones, negativa,

and if all of a molecule's nuclei

y, si amontonásemos

were bunched up together

todos los núcleos de una molécula

or all of its electrons were bunched up together,

o todos los electrones

they would just repel each other and fly apart,

se repelerían y saldrían volando,

and that doesn't help anyone.

y nadie quiere que ocurra eso.

In 1776, Alessandro Volta,

En 1776, Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

décadas antes de inventar las baterías,

discovered methane.

descubrió el metano.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

La fórmula química del metano es CH4.

And this formula tells us

La fórmula nos dice

that every molecule of methane

que cada molécula de metano

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

se compone de 1 átomo de carbono y 4 de hidrógeno,

but it doesn't tell us what's bonded to what

pero no explica cómo están unidos entre sí

or how they atoms are arranged in 3D space.

o cómo se organizan en un espacio 3D.

From their electron configurations,

A partir de las configuraciones de los electrones,

we know that carbon can bond

sabemos que el carbono puede unirse

with up to four other atoms

con hasta 4 átomos

and that each hydrogen can only bond

y que cada hidrógeno solo puede unirse

with one other atom.

con otro átomo.

So, we can guess

Así que podemos suponer

that the carbon should be the central atom

que el carbono debería ser el átomo central

bonded to all the hydrogens.

que se une a todos los hidrógenos.

Now, each bond represents

Ahora bien, cada unión representa

the sharing of two electrons

el reparto de 2 electrones

and we draw each shared pair of electrons as a line.

y dibujamos cada pareja de electrones como una línea.

So, now we have a flat representation

Así que, ahora tenemos una representación plana

of this molecule,

de la molécula,

but how would it look in three dimensions?

pero ¿qué aspecto tendría en 3D?

We can reasonably say

Podemos suponer que,

that because each of these bonds

ya que cada una de estas uniones

is a region of negative electric charge

es una zona de carga eléctrica negativa,

and like charges repel each other,

y ya que las cargas de la misma naturaleza se repelen,

the most favorable configuration of atoms

la configuración de átomos más propicia

would maximize the distance between bonds.

maximizaría la distancia entre uniones.

And to get all the bonds

Y para mantener estas uniones

as far away from each other as possible,

tan lejos entre sí como sea posible,

the optimal shape is this.

la forma óptima es esta:

This is called a tetrahedron.

Un tetraedro.

Now, depending on the different atoms involved,

Dependiendo de los diferentes átomos involucrados,

you can actually get lots of different shapes.

se pueden obtener diversas formas.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

El amoníaco, o NH3, tiene forma de pirámide.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

El dióxido de carbono, o CO2, de línea recta.

Water, H2O, is bent like your elbow would be bent.

El agua, H2O, tiene forma de codo flexionado.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Y el trifluoruro de cloro, o CIF3,

is shaped like the letter T.

tiene forma de T.

Remember that what we've been doing here

Recuerda que lo que hemos hecho

is expanding on our model of atoms and electrons

es ampliar nuestro modelo de átomos y electrones

to build up to 3D shapes.

para construir figuras en 3D.

We'd have to do experiments

Tendríamos que hacer experimentos

to figure out if these molecules

para averiguar si estas moléculas

actually do have the shapes we predict.

realmente tienen la forma que predijimos.

Spoiler alert:

Nota:

most of the do, but some of them don't.

la mayoría la tienen, pero algunas no.

Now, shapes get more complicated

Claro, las formas se complican

as you increase the number of atoms.

al aumentar la cantidad de átomos.

All the examples we just talked about

Todos los ejemplos que mencionamos

had one obviously central atom,

tenían claramente un átomo central,

but most molecules,

pero la mayoría de las moléculas,

from relatively small pharmaceuticals

desde las fórmulas magistrales más sencillas

all the way up to long polymers

hasta los largos polímeros,

like DNA or proteins, don't.

como el ADN o las proteínas, no lo tienen.

The key thing to remember

Lo principal a recordar

is that bonded atoms will arrange themselves

es que los átomos unidos se organizarán

to maximize the attraction between opposite charges

para maximizar la atracción entre las cargas opuestas

and minimize the repulsion between like charges.

y minimizar la repulsión de las cargas de la misma naturaleza.

Some molecules even have two or more

Algunas moléculas poseen incluso 2 o más

stable arrangements of atoms,

organizaciones de átomos posibles,

and we can actually get really cool chemistry

y podemos obtener reacciones químicas geniales

from the switches between those configurations,

a partir de los cambios en estas configuraciones,

even when the composition of that molecule,

incluso cuando la composición de esa molécula,

that's to say the number and identity of its atoms,

es decir, el número e identidad de sus átomos,

has not changed at all.

no ha cambiado en absoluto.