Fundamentos de Geometría Molecular y Enlace Químico: VSEPR y TEV

Geometría Molecular: Modelos VSEPR y Enlace de Valencia

La comprensión de la geometría molecular es fundamental para predecir las propiedades físicas y químicas de las sustancias. Dos teorías clave que nos ayudan a visualizar y explicar la forma tridimensional de las moléculas son la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (VSEPR) y la Teoría de Enlace de Valencia (TEV).

Teoría VSEPR: Predicción de Geometrías Moleculares

La teoría VSEPR se basa en la premisa de que los pares de electrones (enlazantes y no enlazantes) alrededor de un átomo central se repelen entre sí y, por lo tanto, se orientan en el espacio de manera que minimicen estas repulsiones, logrando la máxima separación posible.

Geometrías Comunes según VSEPR

Moléculas Tipo AX₃E (Ej. NH₃)

En una molécula tipo AX₃E, la distribución global de los cuatro pares de electrones (tres enlazantes y uno libre) alrededor del átomo central es tetraédrica. Sin embargo, debido a que uno de los pares de electrones es un par libre, la geometría de la molécula (considerando solo los átomos) es de una pirámide trigonal. Dado que el par libre repele a los pares enlazantes más fuertemente que los pares enlazantes entre sí, los tres pares enlazantes se acercan, lo que provoca que el ángulo de enlace en este tipo de moléculas sea apenas menor que el ángulo tetraédrico ideal de 109.5° (por ejemplo, 107° en el amoníaco).

Moléculas Tipo AX₃ (Ej. BF₃)

Una molécula tipo AX₃ contiene tres enlaces covalentes o pares enlazantes. En la distribución más estable, las tres uniones apuntan hacia los vértices de un triángulo equilátero, con el átomo central en el centro del triángulo. Su geometría es plana trigonal, con ángulos de enlace de 120°.

Moléculas Tipo AX₂ (Ej. CO₂)

La estructura de Lewis de una molécula tipo AX₂, en estado gaseoso, muestra dos pares electrónicos enlazantes alrededor del átomo central. Dado que los pares electrónicos se repelen entre sí, deben estar en los extremos opuestos de una línea recta para estar tan lejos como sea posible. Así, el ángulo de enlace es de 180°, y la molécula es lineal.

Moléculas Tipo AX₄ (Ej. CH₄)

Dado que hay cuatro pares enlazantes alrededor del átomo central, la geometría de la molécula es tetraédrica, con ángulos de enlace de 109.5°.

Teoría de Enlace de Valencia (TEV)

La Teoría de Enlace de Valencia (TEV) afirma que, para que se forme un enlace entre dos átomos, cada uno de ellos debe tener un orbital con un electrón desapareado. De esta manera, al aproximarse las nubes de carga de los orbitales de los dos átomos hasta una distancia adecuada, se producirá una superposición parcial de ambas. En la zona común, tendrá lugar el apareamiento de los electrones, lo que supone la formación de un enlace covalente.

Para que la superposición sea efectiva, los orbitales han de tener un tamaño comparable y aproximarse con una orientación adecuada.

Interacciones en la Formación del Enlace

Cuando se aproximan los átomos que se van a enlazar, aparecen entre ellos una serie de interacciones:

• Interacciones atractivas: Entre la nube electrónica de un átomo y el núcleo del otro átomo. Estas interacciones estabilizan el sistema, haciendo que su energía (E) sea negativa.
• Interacciones repulsivas: Entre los núcleos de ambos átomos y entre las nubes electrónicas. Estas interacciones desestabilizan el sistema, provocando que su energía (E) sea positiva.

El enlace se produce cuando los átomos están a una distancia tal que la energía (E) del sistema es mínima, lo que representa el estado más estable.