La Toría RPECV y el Efecto de los Pares de Electrones Solitarios

Efecto de los pares de electrones solitarios en la geometría molecular

Es importante tener en cuenta que la geometría de los pares de electrones alrededor de un átomo central no es lo mismo que su estructura molecular. La estructura molecular describe la ubicación de los átomos, no de los electrones. La geometría que incluye todos los pares de electrones es la geometría electrónica. Las geometrías electrónicas describen todas las regiones donde se localizan los electrones, los enlaces y los pares solitarios. La estructura que incluye sólo la colocación de los átomos en la molécula se llama estructura molecular. Las geometrías electrónicas serán las mismas que las estructuras moleculares cuando no haya pares de electrones solitarios alrededor del átomo central, pero serán diferentes cuando haya pares solitarios presentes en el átomo central.

Por ejemplo, la molécula de metano, CH₄, que es el componente principal del gas natural, tiene cuatro pares de electrones de enlace alrededor del átomo central de carbono; la geometría electrónica es tetraédrica, como lo es la estructura molecular. Por otro lado, la molécula de amoníaco, NH₃, también tiene cuatro pares de electrones asociados con el átomo de nitrógeno y, por lo tanto, tiene una geometría electrónica tetraédrica. Una de estas regiones, sin embargo, es un par solitario, que no está incluido en la estructura molecular, y este par solitario influye en la forma de la molécula.

Distorsiones de ángulo basadas en la teoría de RPECV

Las pequeñas distorsiones de los ángulos ideales pueden resultar de diferencias en la repulsión entre varias regiones de densidad electrónica. La teoría de RPECV predice estas distorsiones estableciendo un orden de repulsiones y un orden de la cantidad de espacio ocupado por diferentes tipos de pares de electrones. El orden de las repulsiones electrónicas de mayor a menor repulsión es:

par solitario-par solitario > par solitario-par de enlace > par de enlace-par de enlace

Este orden de repulsiones determina la cantidad de espacio ocupado por diferentes regiones de electrones. Un par solitario de electrones ocupa una región más grande del espacio que los electrones en un enlace triple; a su vez, los electrones en un enlace triple ocupan más espacio que los de un enlace doble, y así sucesivamente. El orden de tamaño de mayor a menor es:

par solitario > enlace triple > enlace doble > enlace sencillo

En la molécula de amoníaco, los tres átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno central no están dispuestos en una estructura molecular trigonal plana, sino en una pirámide trigonal tridimensional con el átomo de nitrógeno en el ápice y los tres átomos de hidrógeno que forman la base. Los ángulos de unión ideales en una pirámide trigonal se basan en la geometría electrónica tetraédrica. Una vez más, hay ligeras desviaciones del ideal porque los pares solitarios ocupan regiones más grandes de espacio que los electrones de enlace. Los ángulos de unión H–N–H en NH₃ son ligeramente más pequeños que el ángulo de 109,5° en un tetraedro normal porque la repulsión entre par solitario-par de enlace es mayor que la repulsión entre par de enlace-par de enlace.

Según la teoría de RPECV, las ubicaciones de los átomos terminales son equivalentes dentro de las geometrías electrónicas lineales, trigonal plana y tetraédrica. No importa qué X se sustituya por un par solitario porque las moléculas pueden rotar para cambiar posiciones. Para geometrías electrónicas bipiramidales trigonales, sin embargo, hay dos posiciones X distintas, una posición axial (si sostenemos un modelo de una bipirámide trigonal por las dos posiciones axiales, tenemos un eje alrededor del cual podemos girar el modelo) y una posición ecuatorial (tres posiciones forman un ecuador alrededor de la mitad de la molécula). La posición axial está rodeada por ángulos de unión de 90°, mientras que la posición ecuatorial tiene más espacio disponible debido a los ángulos de unión de 120°. En una geometría de par de electrones bipiramidal trigonal, los pares solitarios siempre ocupan posiciones ecuatoriales, ya que estas posiciones más espaciosas pueden acomodar más fácilmente a los pares solitarios más grandes.

Cuando un átomo central tiene dos pares de electrones solitarios y cuatro regiones de enlace, tenemos una geometría electrónica octaédrica. Los dos pares solitarios están en lados opuestos del octaedro (180° de separación), lo que proporciona una estructura molecular plana cuadrada que minimiza las repulsiones de par solitario-par solitario.

Este texto ha sido adaptado deOpenstax, Química 2e, Sección 7.6: Estructura Molecular y Polaridad.