Estructuras moleculares: Modelo VSPR (RPECV)Las estructuras de Lewis son tiles para establecer la distribucin de los pares electrnicos en las molculas pero no aportan nada sobre su previsible geometra. Un modelo simple pero til para racionalizar la estructura molecular de un compuesto es el conocido con el acrnimo VSPR (Valence Shell Electronic Pair Repulsion) o en su traduccin espaola RPECV (Repulsin entre Pares de Electrones de la Capa de Valencia)Este modelo funciona aceptablemente para compuestos formados por tomos de los bloquess y p pero en absoluto es aplicable a los formados por elementos de transicin.El modelo asume como base que cada par de electrones de la capa de valencia (sean de enlace (PE) o solitarios (PS)) tiene asociado un dominio espacial en el que existe una alta probabilidad de encontrarlos. La geometra molecular vendr determinada por aquella disposicin de estos pares de electrones que minimice las repulsiones entre los dominios asignados a cada par de electrones. Este es por tanto un modelo electrosttico segn el cual, para prever la geometra molecular, no hay mas que distribuir espacialmente los pares de electrones de valencia del tomo central de forma que se dispongan lo mas cmodamente posible. Las distribuciones de estos dominios corresponden a las figuras polidricas regulares.

La geometra molecular viene dada por la distribucin de los tomos perifricos unidos al tomo central.En el modelo de VSPR se suelen utilizar las siguientes letras para representar a los compuestos:- A: tomo central- X: Ligandos o tomos unidos al tomo central-E: pares de electrones solitarios asociados al tomo central.Para predecir la geometra de una molcula se procede del siguiente modo:1.- Se escribe la estructura de Lewis de la cual se deduce el nmero de pares de electrones presentes en el tomo central, ya sean solitarios o de enlace. Se trata un enlace doble de forma equivalente a uno sencillo.2.- Se distribuyen dichos pares de electrones espacialmente de forma que se minimicen las repulsiones. Cuando los pares solitarios pueden ser situados en mas de una posicion no equivalentes se sitan alli donde se reduzcan las repulsiones cuanto sea posible.3.- La geometra molecular viene determinada por la posicin de los tomos perifricos.En VSPR no hay que olvidar la diferenciacion entre distribucin de los pares de electrones y la geometra de la molcula. Todos los pares de electrones del tomo central, sean o no de enlace, se distribuyen en el espacio. Sin embargo, slo las posiciones de los tomos perifricos describen la geometra molecular.PS+PE Distribucin FrmulaMolecular

Geometra Molecular Ejemplos2

Lineal

180

AX2 Lineal BeH23 Triangulo equilatero120

AX3AX2E

Trigonal PlanaAngular

BCl3, AlCl3SnCl24 Tetraedro109.5

AX4AX3E AX2 E2AXE3

Tetradrica Pirmide Trigonal Angular

Angular

CH4 , SiCl4NH3 , PCl3H2 O, SCl2HF5 Bipirmide Trigonal90120

AX5AX4E AX3E2AX2E3

Bipirmide Trigonal Disferoidal Forma de T Lineal

PCl5, AsF5SF4ClF3XeF26 Octadro90 AX6AX5 E AX4 E2

Octadrica Pirmide base cuadrada Cuadrada plana

SF6BrF5XeF2Generalmente las molculas no presentan unas geometras tan regulares como las hasta aqu mostradas. Se observan notables distorsiones respecto de dichas geometras ideales. Estas desviaciones tienen su origen en tres factores diferentes:

1.- Coexistencia de pares de electrones enlazantes y no enlazantes2.- Coexistencia de tomos diferentes (y con diferente electronegatividad)3.- Presencia de enlaces mltiples1.- Coexistencia de pares de electrones enlazantes y no enlazantesUn par de electrones no enlazantes (par solitario, ps) esta sometido exclusivamente a la Z* de su propio ncleo mientras que un par de electrones enlazantes (pe) lo est a los dos ncleos a los que enlaza y por tanto esta fuertemente localizado en la regin internuclear. Es lgico pensar que dado que el dominio espacial de un ps est ms deslocalizado ocupar por tanto un volumen mayor que un pe. La consecuencia inmediata es que las repulsiones que generan los ps y los pe no son equivalentes, pudindose establecer la siguiente secuencia de repulsiones:R(ps-ps)>>R(ps-pe)>R(pe-pe)As, una molcula que tenga 1ps y 3pe que en principio debera tener unos ngulos de enlace prximos a los 109.5 tericos para un tetraedro, en realidad estos ngulos sern mucho menores.H

CH H

H 109.5

Metano4 pares de enlace tetraedrica

N

H H

H 107

Amonaco3 pares de enlace1 par solitario piramidal

O

H

H 105

Agua2 pares de enlace2 pares solitarios angular2.- Coexistencia de tomos diferentes y de diferente electronegatividad.Obviamente la presencia de diversos tomos perifricos dentro de una molcula (MX3Y) introduce distorsiones respecto de la geometra ideal. Comparemos dos molculas MX3 y MY3 donde X e Y son tomos perifricos de diferente electronegatividad. Si la X es ms electronegativo que Y, cabe esperar que atraiga ms eficazmente a los electrones del par de enlace, disminuyendo las repulsiones que generan entre ellos en las proximidades del tomo central y por tanto facilitando que el ngulo XMX sea mas cerrado que el YMY.O O

H H F F104.5

103.1

3.- Presencia de enlaces mltiples.La coexistencia de enlaces simples y mltiples en una misma molcula origina una cierta asimetra en las repulsiones siempre que estn localizados. Un enlace mltiple supone una mayor densidad electrnica en la regin interatmica lo que conlleva mayores repulsiones electrostticas frente a las que pueda originar uno sencillo.O O136

Cuando en la molcula tenemos enlaces que pueden resonar entre todas

-2 -N N

F O F O

las posiciones posibles, (CO3SO4

, ClO4 ,-2, etc) la molcula adopta la geometraideal prevista por el modelo.Hasta ahora hemos considerado fundamentalmente molculas en las que el tomo central era un elemento del segundo periodo y no poda ampliar su octeto (y por tanto el numero de enlaces mximo que podra formar era 4). Pero los elementos de periodos sucesivos tienen la posibilidad de ampliar el octeto y por tanto hay que considerar distribuciones de 5, 6 o ms pares electrnicos. Nos vamos a referir a casos en los que podamos alojar 5 o 6 pares de electrones en la capa de valencia del tomo central.i.- 5 pares de electronesEl poliedro ideal en el caso de distribuir 5 pares de electrones alrededor del tomo central es la bipirmide trigonal:A

90

E

120

A

En una bipirmide trigonal las posiciones axiales (A) y ecuatoriales (E) no son equivalentes. Los pares electrnicos que se disponen en el plano axial tienen unas mayoresE repulsiones debido a que tienen 3 vecinos a 90 mientrasque las ecuatoriales solo tienen 2 vecinos a 90 (si bien es E verdad que tienen otros 3 a 120 pero en este caso las repulsiones son mucho menores). Por ello es razonablepensar que en el plano ecuatorial se situar de forma preferente los pares solitarios, ms voluminosos, puesto que es all donde se encuentra mas cmodamente dispuestos.

La no equivalencia de las posiciones axiales y ecuatoriales se pone de manifiesto en la serio de halogenuros de P: ClnF4-nP. Los tomos de Cl (menos electronegativos que el F) tienden a colocarse preferentemente en las posiciones ecuatoriales:

FCl F ClF F

FF ClClF

F ClCl Cl ClCl ClF Fii.- 6 pares de electronesLa distribucin ideal es la octadrica.X

En un octaedro todas las posiciones son equivalentes (los ngulos son todos de 90) y por tanto no hay posiciones privilegiadas para

X X los pares solitarios. Las distorsiones respecto de la geometra idealMse argumentarn en base a los conceptos expuestos conX X anterioridad.XDetermina la geometra de las siguientes especies de acuerdo con el modelo de repulsiones de pares electrnicos de la capa de valencia: PCl3, ICl4-, ICl2+, XeOF4,XeO3, SF4, ClF3, ICl2-, OSF4, POCl3, XeO2F2, XeO2, IOF5, IO2F2-, IF4-PCl3: 1 ps+3 pe= 4.La distribucin ideal de 4 pe es un tetraedro. Este tetraedro estar distorsionado por el efecto de las repulsiones ps-pe que hacen que el ngulo Cl-P-Cl sea menor que 109.5. La geometra es la de una pirmide trigonal

N Cl

Cl ClICl -: 2ps + 4 pe=6La distribucin ideal de 6 pares de electrones es un octaedro. Todas las interacciones son a 90 y no hay posiciones favorecidas. La geometra es cuadrado-plana.

Cl Cl

I

Cl Cl

ICl +: 2ps + 2 pe= 4

Cl

La estructura de Lewis

I Cl

implica ladistribucin de 4 pares de electrones de valencia (tetraedro). Cl I Este tetraedro imaginario slo mantiene dos posiciones para Cl formar enlaces por tanto la geometra ser angularXeOF4: 1ps+5 enlaces = 6 (Nota: el enlace doble se contabiliza como una nica unin) La estructura de Lewis es:OF Xe FF F F F

Ie implica la distribucin de 6 pares de electrones (octaedro), de F Flas cuales slo 5 se ocupan de formar enlaces. Por tanto la geometra ser la de una pirmide cuadrada distorsionadaXeO3: 1ps+3 enlaces=4La estructura de Lewis es:O

Xe

O O

Xe implica la distribucin de 4 pares de electrones (tetraedro). La O O geometra resultante es la de una pirmide trigonal. OSF -: 1ps+4 enlaces=5La estructura de Lewis es:F

F S F FFF SF

implica la distribucin de 5 pares de electrones (bipirmide Ftrigonal. El par solitario prefiere la posicin ecuatorial. Geometraen silla de montar.ClF3: 2ps+3 enlaces=5La estructura de Lewis es:F Cl F FFCl

implica la distribucin de 5 pares de electrones (bipirmide F F

trigonal. Geometra en TICl -: 3ps+2 enlaces = 5

geometra lineal Cl

I

Cl

OSF4: 5 enlaces

O FF S F FF FF

bipirmide trigonal distorsionada.. El ngulo Fequato-S-Fequato