¿Es el hexágono la forma más fuerte en química?

Podría decirse que la estructura más rígida es el tetraedro (que es equivalente al triángulo o pirámide sugeridos, suponemos): es, después de todo, la estructura del diamante (la sustancia más dura que se encuentra naturalmente).

de {Alótropos de carbono}


Si estamos interesados ​​en arreglos planos, entonces, para comenzar con el tetraedro, podríamos considerar que los ángulos de enlace del tetraedro (aproximadamente 109.5 °) están más cerca de los ángulos interiores de un pentágono (108 °). Podríamos esperar que los ciclos orgánicos de 5 miembros sean bastante estables en una disposición plana (a continuación).

No es así de simple, por supuesto: para el ciclopentano, todos esos hidrógenos se interponen entre sí, y en realidad podríamos ahorrar un poco de energía doblando un poco el anillo.

de {cicloalcanos}

Pasando a los hexágonos como se sugiere, el ciclohexano ciertamente no se asienta fácilmente en una disposición plana completa, prefiriendo una conformación tipo “silla” como sugiere la gráfica de energía.

una de las muchas buenas fotos en {Cycloalkanes}


Sin embargo, todo lo anterior se relaciona con el carbono hibridado sp3 y átomos similares: sí vemos hexágonos estructuralmente más sólidos en situaciones como Ice Ih (hielo de agua típico)

{Wikipedia}

y en estructuras de carbono hibridadas sp2 (ángulos de enlace: 120 °), como el benceno

{Wikipedia}

y grafito

{TJ Boroughs}

No puedo responder por qué el hexano es más estable que las moléculas cíclicas con más carbonos, pero puedo hablar de los más pequeños. Los electrones son cómo los átomos se unen para crear un enlace químico. Los electrones tienen una carga negativa. La mayoría de los electrones ocupan el espacio directamente entre los núcleos de los átomos, creando una región de espacio en forma de cilindro que tiene una carga negativa. Su carga negativa significa que se resisten a ser empujados cerca de otras cargas negativas. A medida que un anillo de átomos se hace más pequeño, esos electrones se ven forzados a una disposición más cercana. Eso debilita el vínculo a medida que el vínculo se ve forzado por otros bonos. Ese comportamiento es bastante pequeño cuando llegas a un anillo de seis miembros.