Forma de las moléculas (TRPECV)

Los enlaces del metano forman 109.5° entre sí; los del amoníaco, 107°, y los del agua, 104.5°. Cada uno tiene cuatro pares de electrones alrededor del átomo central.

Ata cuatro globos por el cuello y se colocan solos en una forma: apuntan a los vértices de un tetraedro, lo más lejos posible unos de otros. Los pares de electrones alrededor de un átomo hacen algo muy parecido. Todos tienen carga negativa, se repelen y se separan para reducir al mínimo esa repulsión. La forma de una molécula depende de dónde acaban los pares.

Esta idea se llama teoría de repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia, TRPECV (VSEPR por sus siglas en inglés), y la formularon Ronald Gillespie y Ronald Nyholm en 1957. Para usarla, cuenta las regiones de densidad electrónica alrededor del átomo central. Un enlace sencillo, doble o triple cuenta como una región, porque todos sus electrones apuntan en la misma dirección. Un par solitario, un par de electrones que pertenece al átomo pero no se usa en un enlace, también cuenta como una región.

Dos, tres y cuatro regiones

Dos regiones apuntan en direcciones opuestas, a 180°, y dan una molécula lineal. El dióxido de carbono, O=C=O, tiene dos enlaces dobles y ningún par solitario en el carbono, así que es una línea recta. Tres regiones se reparten en un triángulo plano a 120°: forma trigonal plana. Cada carbono del eteno tiene tres regiones (dos enlaces C-H y el doble enlace C=C), y toda la molécula es plana; el ángulo H-C-H medido es de 117.6°, cercano al ideal. Cuatro regiones apuntan a los vértices de un tetraedro a 109.5°. El metano es el ejemplo de libro de texto.

Los pares solitarios cierran el ángulo

El amoníaco y el agua también tienen cuatro regiones alrededor del átomo central, pero algunas son pares solitarios. El nitrógeno del NH₃ tiene tres enlaces y un par solitario; el oxígeno del H₂O tiene dos enlaces y dos pares solitarios. Un par solitario está sujeto por un solo núcleo, así que se extiende más cerca de ese átomo y empuja con más fuerza a los enlaces vecinos que un par enlazante. Los enlaces quedan más juntos. En el amoníaco, el ángulo H-N-H se cierra de 109.5° a unos 107°; en el agua, con dos pares solitarios, el ángulo H-O-H se cierra más, hasta 104.5°.

El nombre de la forma describe dónde están los átomos, no los pares solitarios. El amoníaco se llama piramidal trigonal: una pirámide baja con el nitrógeno en la punta. El agua se llama angular. Activa "Pares solitarios" en el modelo y verás el cuarto vértice invisible del tetraedro del amoníaco, y los dos que completan el del agua. El modelo los dibuja como lóbulos amarillos con dos puntitos para los electrones; los pares solitarios reales son nubes de carga sin bordes nítidos.

Las moléculas más grandes tienen más de un centro, y a cada uno se le aplican las mismas reglas. En el etano, cada carbono tiene cuatro enlaces sencillos, así que cada carbono es tetraédrico y la molécula hace zigzag en tres dimensiones. En el metanol, CH₃OH, el carbono es tetraédrico y el oxígeno, con dos enlaces y dos pares solitarios, es angular como el oxígeno del agua. El benceno es el caso contrario: cada uno de sus seis carbonos tiene tres regiones, así que los doce átomos quedan en un hexágono plano con ángulos de 120°. Elige cada uno en el modelo y míralo de canto para comprobarlo.