1.5: Teoría de Repulsión de Par de Electrones de Valencia-Shell (VSEPR)

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La teoría de la repulsión de pares de electrones de Valencia-Shell (VSEPR) nos ayuda a comprender y predecir la geometría (forma) de moléculas o iones. La teoría es:

Los pares de electrones se repelen entre sí ya sean en enlaces químicos o pares solitarios.
Los pares de electrones de valencia están orientados para estar lo más separados posible para minimizar las repulsiones.

Con base en esta teoría, dependiendo del número de pares de electrones (tanto pares de enlace como pares solitarios) alrededor del átomo central, se adopta una cierta forma para minimizar la repulsión entre pares electorales, como se resume en la siguiente tabla:

Número total de grupos de electrones (pares de electrones) alrededor del átomo central	Geometría (Forma) de grupos de electrones (pares de electrones)
2	lineal
3	plano trigonal
4	tetraédrico
5	bipiramidal trigonal
6	octaédrico

Tabla 1.1 Formas básicas de VSEPR

_Notas:

_{Para el propósito de VSEPR, los términos “forma” y “geometría” son intercambiables; “par de electrones” y “grupo de electrones” también son intercambiables.}
_{Los enlaces múltiples (doble o triple enlace) se consideran como un grupo de electrones para el propósito de VSEPR.}

Para las especies que no tienen electrones de par solitario (LP), la geometría (forma) de la especie es exactamente la misma que la geometría de los grupos de electrones.

Para el ejemplo e de la molécula pCl ₅, hay cinco grupos de electrones en el fósforo central, y todos son pares de enlace (BP). La forma de los grupos de electrones es bipiramidal trigonal, y la forma de la molécula pCl ₅ es bipiramidal trigonal también. La forma bipiramidal trigonal se puede dibujar sobre papel usando cuñas sólidas y discontinuas: los tres enlaces se encuentran dentro del plano de papel se muestran como líneas ordinarias, la cuña sólida representa un enlace que apunta hacia fuera del plano de papel, y la cuña discontinua representa un enlace que apunta detrás del plano de papel.

Figura1.5a Forma bipiramidal tigonal de la molécula de PCl5

Sin embargo, para la especie que tiene electrones de par solitario en el átomo central, la forma de la especie será diferente a la forma de los grupos de electrones. La razón es que a pesar de que las parejas solitarios ocupan el espacio, no hay átomos terminales conectados con la pareja solitaria, por lo que la pareja solitaria se vuelve “invisible” por la forma de la especie.

Para el ejemplo de la molécula de agua (H ₂ O), el átomo de oxígeno central tiene dos BP y dos LP, y la forma de todos los grupos de electrones es tetraédrica. La forma de una molécula de agua está doblada porque solo los átomos se cuentan hacia la forma molecular, no los electrones del par solitario.

Figura 1.5b Forma doblada de la molécula H20

Las formas de VSEPR pueden ser bastante diversas, considerando los diferentes números de pares de electrones totales junto con los diferentes números de pares solitarios involucrados. Las formas más comunes se resumen en la siguiente tabla (Cuadro 1.2). Para describir una determinada forma, el nombre específico debe usarse correctamente, y la información del ángulo de unión también es importante.

Número total de e-grupos	Geometría (forma) de todos los grupos de electrones	# de pares de unión (BP) y pares solitarios (LP)	Geometría (forma) de la especie	Ángulos (°)
2	lineal	2BP	lineal	180
3	plano trigonal	3BP	plano trigonal	120
3	plano trigonal	2BP, 1LP	doblada	<120
4	tetraédrico	4BP	tetraédrico	109.5
		3BP, 1LP	piramidal trigonal	<109.5
		2BP, 2LP	doblada	<109.5
5	bipiramidal trigonal	5BP	bipiramidal trigonal	120, 90, 180
		4BP, 1LP	ver-sierra	<120, 90, 180
		3BP, 2LP	Forma de T	90, 180
		2BP, 3LP	lineal	180
6	octaédrico	6BP	octaédrico	90, 180
		5BP, 1LP	cuadrado piramidal	90, 180
		4BP, 2LP	plano cuadrado	90, 180

Tabla 1.2 Resumen de formas específicas de VSEPR

El sitio web https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-shapes/latest/molecule-shapes_en.html proporciona buenos recursos para visualizar y practicar temas de VSEPR.

Veremos más aplicaciones de VSEPR en compuestos orgánicos en la siguiente sección.