¿Qué observarás?
La teoría VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion, o Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia) predice la geometría de las moléculas basándose en una idea simple: los pares de electrones se repelen y buscan estar lo más lejos posible entre sí.
Repulsión electrónica
Los pares de electrones (enlazantes y libres) se repelen mutuamente y adoptan posiciones que minimizan esta repulsión.
Geometría electrónica vs molecular
La electrónica incluye todos los pares; la molecular solo considera los átomos visibles.
Pares libres
Los pares no enlazantes ocupan más espacio y comprimen los ángulos de enlace.
Hibridación
La geometría determina qué orbitales híbridos usa el átomo central: sp, sp², sp³, sp³d, sp³d².
Las Geometrías Fundamentales
Notación AXₙEₘ
Sistema de clasificación
| Notación | Geom. Electrónica | Geom. Molecular | Ejemplo | Ángulo |
|---|---|---|---|---|
AX₂ |
Lineal | Lineal | CO₂, BeCl₂ | 180° |
AX₃ |
Trigonal plana | Trigonal plana | BF₃, SO₃ | 120° |
AX₂E |
Trigonal plana | Angular | SO₂, O₃ | ~117° |
AX₄ |
Tetraédrica | Tetraédrica | CH₄, CCl₄ | 109.5° |
AX₃E |
Tetraédrica | Piramidal trigonal | NH₃, PCl₃ | ~107° |
AX₂E₂ |
Tetraédrica | Angular | H₂O, H₂S | ~104.5° |
AX₅ |
Bipirámide trigonal | Bipirámide trigonal | PCl₅, PF₅ | 90°/120° |
AX₄E |
Bipirámide trigonal | Balancín | SF₄ | ~87°/117° |
AX₃E₂ |
Bipirámide trigonal | Forma de T | ClF₃ | ~87.5° |
AX₂E₃ |
Bipirámide trigonal | Lineal | XeF₂, I₃⁻ | 180° |
AX₆ |
Octaédrica | Octaédrica | SF₆ | 90° |
AX₅E |
Octaédrica | Piramidal cuadrada | IF₅, BrF₅ | ~82°/90° |
AX₄E₂ |
Octaédrica | Cuadrada plana | XeF₄ | 90° |
El Efecto de los Pares Libres
Los pares libres ocupan más espacio que los pares enlazantes porque están más cerca del núcleo y no están "estirados" hacia otro átomo. Esto comprime los ángulos de enlace:
CH₄ vs NH₃ vs H₂O
Orden de repulsión
Hibridación y Geometría
| Hibridación | Dominios | Geometría electrónica | Ángulos |
|---|---|---|---|
sp |
2 | Lineal | 180° |
sp² |
3 | Trigonal plana | 120° |
sp³ |
4 | Tetraédrica | 109.5° |
sp³d |
5 | Bipirámide trigonal | 90°, 120° |
sp³d² |
6 | Octaédrica | 90° |
Dominios electrónicos = pares enlazantes + pares libres. El número de dominios determina la hibridación.
Polaridad Molecular
Una molécula es polar si tiene un momento dipolar neto, lo que ocurre cuando:
- Hay enlaces polares (diferencia de electronegatividad)
- La geometría no cancela los dipolos individuales
NH₃ (piramidal)
HCN (lineal asimétrica)
SF₄ (balancín)
CH₄ (tetraédrica)
BF₃ (trigonal plana)
SF₆ (octaédrica)
Experimentos Sugeridos
🔬 Experimento 1: De tetraédrica a angular
- Observa CH₄: 4 enlaces, 0 pares libres, tetraédrica perfecta
- Cambia a NH₃: 3 enlaces + 1 par libre → piramidal
- Cambia a H₂O: 2 enlaces + 2 pares libres → angular
- Activa "Pares libres" para ver cómo comprimen los ángulos
🔬 Experimento 2: Las posiciones ecuatoriales vs axiales
- Observa PCl₅: bipirámide trigonal con 3 Cl ecuatoriales y 2 axiales
- Cambia a SF₄: el par libre ocupa posición ecuatorial (¿por qué?)
- Cambia a ClF₃: 2 pares libres ecuatoriales → forma de T
- Regla: los pares libres prefieren posiciones ecuatoriales para minimizar repulsión 90°
🔬 Experimento 3: Compara polares vs apolares
- Compara CO₂ (apolar) con SO₂ (polar): mismos elementos, diferente geometría
- Compara BF₃ (apolar trigonal) con NF₃ (polar piramidal)
- ¿Qué determina la polaridad: los átomos o la geometría?
🔬 Experimento 4: Geometrías octaédricas
- Observa SF₆: octaedro perfecto, 90° en todas direcciones
- Cambia a IF₅: 1 par libre → pirámide cuadrada (5 F + 1 LP)
- Cambia a XeF₄: 2 pares libres opuestos → cuadrada plana
- Los pares libres se ubican en posiciones trans para minimizar repulsión
Contexto Histórico
1957: Ronald Gillespie y Ronald Nyholm publican "Inorganic Stereochemistry", formalizando la teoría VSEPR. La idea básica (que los pares de electrones se repelen) ya había sido propuesta por Sidgwick y Powell en 1940.
La teoría VSEPR es remarkablemente exitosa a pesar de ser conceptualmente simple. Aunque no se basa en cálculos de mecánica cuántica, sus predicciones coinciden con los resultados experimentales en la mayoría de los casos.
Conexiones Interdisciplinarias
Para Explorar Más
- Proteínas: La geometría tetraédrica del carbono sp³ explica el plegamiento de proteínas.
- Fármacos: La forma 3D de las moléculas determina si encajan en receptores biológicos.
- Materiales: La geometría del silicio (tetraédrica) vs grafito (trigonal) explica sus propiedades.
- Química computacional: Programas como Avogadro optimizan geometrías usando VSEPR como punto de partida.