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TRePEV

Agosto 28, 2021

La teoría de repulsión de pares de electrones de (la capa de) valencia (TRePEV o TRPECV), teoría VSEPR[1]​[2]​, o teoría de Gillespie es un modelo usado en química para predecir la forma de las moléculas o iones poliatómicos. Está basado en el grado de repulsión electrostática de los pares de electrones de valencia alrededor del átomo.[3]​ También es llamada teoría Gillespie-Nyholm por sus dos principales desarrolladores.[4]​

La premisa de TRePEV es que los pares de electrones de valencia alrededor de un átomo se repelen mutuamente, y por lo tanto, adoptan una disposición espacial que minimiza esta repulsión, determinando la geometría molecular. El número de pares de electrones de valencia alrededor de un átomo, tanto enlazantes como no enlazantes, se denomina número estérico.

La TRePEV es generalmente comparada y contrastada con la teoría del enlace de valencia, que se ocupa de la forma molecular a través de orbitales que son energéticamente accesibles para formar enlaces. La teoría del enlace de valencia se ocupa de la formación de enlaces sigma y pi. La teoría de los orbitales moleculares es otro modelo para la comprensión de cómo los átomos y los electrones se ensamblan en moléculas e iones poliatómicos mediante la formación de orbitales moleculares.

La TRePEV ha sido criticada por no ser cuantitativa, y por lo tanto limitarse a la obtención cualitativa de las geometrías moleculares de las moléculas e iones poliatómicos covalentes, a pesar de que es estructuralmente precisa. Sin embargo también se han desarrollado campos de fuerza en mecánica molecular basados en la TRePEV.[5]​

Historia

La idea de establecer una correlación molecular entre la geometría de una molécula y el número de electrones de valencia se presentó por primera vez en 1940 por Nevil Sidgwick y Herbert Powell en la Universidad de Oxford.[6]​ En 1957 Ronald Gillespie y Ronald Sydney Nyholm del University College London refinaron el concepto construyendo una teoría detallada que permitía elegir, entre varias alternativas geométricas, la más adecuada para una molécula determinada.[7]​[8]​

Descripción

La TRePEV (Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia) está basada en la idea de que la geometría de una molécula o ion poliatómico del tipo ABn, donde A es el átomo central y B los átomos periféricos o ligandos, está condicionada principalmente por la repulsión de tipo culombiana entre los pares de electrones de la capa de valencia alrededor del átomo central.[3]​

La geometría predicha es aquella que proporciona a los pares de electrones de la capa de valencia la energía mínima. En realidad, da la casualidad que cuando una distribución de electrones es la adecuada, coincide con una repulsión interelectrónica mínima.

Los pares de electrones pueden ser de dos tipos dependiendo de si forman parte, o no, de un enlace, clasificándose en pares de enlace y pares sueltos, (también denominados pares libres, o pares no enlazantes).

Existen tres tipos de interacciones repulsivas entre los pares de electrones de una molécula, cada una con un determinado valor de intensidad. Ordenadas de mayor a menor repulsión las interacciones posibles son:

  1. La repulsión par no enlazante - par no enlazante (PNE-PNE).
  2. La repulsión par no enlazante - par enlazante (PNE-PE).
  3. La repulsión par enlazante - par enlazante (PE-PE).

Teniendo en cuenta esta división en dos clases de pares, cualquier molécula de este tipo se puede expresar como ABnEm, donde n es el número de pares enlazantes y m el de pares de no enlace.

Una molécula con un atómo central que cumpla la regla del octeto tendrá cuatro pares de electrones en su capa de valencia. Si los cuatro pares son enlazantes los átomos enlazados se dispondrán en los vértices de un tetraedro regular. El ángulo de enlace tetraédrico es 109,5°.

Como se ha comentado, la repulsión par no enlazante - par no enlazante (PNE-PNE) se considera más fuerte que la repulsión par no enlazante - par enlazante (PNE-PE), la cual es a su vez más fuerte que la repulsión par enlazante - par enlazante (PE-PE). Entonces, el ángulo que formen dos pares enlazantes será más pequeño que el formado por los pares (PNE-PE) y este a su vez más pequeño que el formado por los pares (PNE-PNE).

En este sentido concuerda bastante bien con los datos experimentales. La explicación para justificar una mayor intensidad en la interacción PNE-PNE, y por tanto un ángulo de apertura mayor que en las demás interacciones, se basa en la mayor dispersión de la nube electrónica de los electrones alojados en los orbitales que no enlazan.

Reglas adicionales para la predicción de la geometría molecular

  • Las repulsiones ejercidas por los pares de enlace disminuyen al aumentar la electronegatividad de los átomos periféricos. Por ejemplo, si se comparan el NH3 con el NF3, moléculas con el átomo central pertenecientes al mismo grupo, y misma geometría, (piramidal), los ángulos de enlace son, respectivamente, 106.6º y 102.2º. Téngase en cuenta que el flúor presenta una electronegatividad de 3,98, en la escala de Pauling y el hidrógeno de sólo 2,20, frente al nitrógeno con 3.
  • La repulsión entre pares de electrones no enlazantes de átomos con capas llenas es mayor que la repulsión entre pares de electrones no enlazantes pertenecientes a átomos con capas de valencia incompleta, como se puede observar en la progresiva disminución de los ángulos en la secuencia de moléculas H2S, H2Se, H2Te, H2O.
  • Cuando el átomo central presenta la capa de valencia incompleta, y uno o más orbitales libres vacíos, existe una tendencia a que los pares de electrones libres de los átomos periféricos se transfieran al primero, como ocurre en el BF3. Los pares de electrones libres que rodean a los átomos de flúor pueden cederse al orbital pz vacío del boro.

TRePEV frente a otras teorías

La TRePEV se compara y se contrasta con la teoría del enlace de la capa de valencia, la cual determina la forma la geometría molecular a través de los orbitales que son energéticamente accesibles para enlazar. La teoría de los orbitales moleculares se concentra más en la formación de enlaces sigma y pi. La teoría de los orbitales moleculares es un modelo más sofisticado para entender cómo átomos y electrones se ensamblan en moléculas e iones poliatómicos.

El método Axe es comúnmente usado para encontrar la geometría de las moléculas siguiendo la teoría TRePEV.[9]​

Ejemplos

El metano (CH4) es tetraédrico porque hay cuatro pares de electrones. Los cuatro átomos de hidrógeno están posicionados en los vértices de un tetraedro, y el ángulo de enlace es de 109.5°. Es una molécula del tipo AB4. A es el átomo central y B representa a los otros átomos.

El amoníaco (NH3) tiene tres pares de electrones usados en enlaces, pero hay un par suelto de electrones en el átomo de nitrógeno. No está unido a ningún otro átomo, pero aun así influencia a la geometría a través de repulsiones. Como en el metano, hay cuatro regiones de densidad de electrones. Por lo tanto, la orientación general de las regiones de densidad electrónica es tetraédrica. Por otra parte, solo hay tres átomos externos. Es una molécula del tipo AB3E porque el par de electrones suelto es representado por una E. La forma general de la molécula es una pirámide trigonal porque el par suelto no es "visible". La geometría de una molécula se obtiene a partir de la relación de los átomos aun a pesar de que puede ser influenciada por los pares de electrones sueltos.

Debido a la mayor repulsión ejercida por el par de electrones no enlazante del N, mientras que el ángulo de enlace HCH predicho es de 109,5º, el HNH del amoniaco deberá ser menor.

 
Tipo de molécula Forma Disposición electrónica† Geometría‡ Ejemplos
AB1En Molécula diatómica     HF, O2
AB2E0 Lineal     BeCl2, HgCl2, CO2
AB2E1 Angular     NO2−, SO2, O3
AB2E2 Angular     H2O, OF2
AB2E3 Lineal     XeF2, I3−
AB3E0 Triangular plana     BF3, CO32−, NO3−, SO3
AB3E1 Pirámide trigonal     NH3, PCl3
AB3E2 Forma de T     ClF3, BrF3
AB4E0 Tetraédrica     CH4, PO43−, SO42−, ClO4−
AB4E1 Balancín     SF4
AB4E2 Cuadrada plana     XeF4
AB5E0 Bipirámide trigonal     PCl5
AB5E1 Pirámide cuadrada     ClF5, BrF5
AB5E2 Pentagonal plana     XeF−
5
AB6E0 Octaédrica     SF6
AB6E1 Pirámide pentagonal     XeOF−
5, IOF2−
5 [10]​
AB7E0 Bipirámide pentagonal     IF7
† Disposición electrónica incluyendo los pares no enlazantes (mostrados en amarillo)
‡ Geometría observada (excluyendo los pares no enlazantes)

Excepciones

Hay grupos de compuestos donde fallan las predicciones de la TRePEV.

Compuestos de metales de transición

No se pueden describir correctamente muchas estructuras de compuestos de metales de transición, lo que se puede atribuir a la interacción de los electrones d de la corteza electrónica interna con los ligandos, que se encuentran más allá de la esfera de coordinación de los pares solitarios.

Referencias

  1. Es frecuente el empleo del acrónimo inglés VSEPR = Valence Shell Electron Pair Repulsion, debido a su gran difusión en organismos internacionales como la IUPAC. Véase, por ejemplo, VSEPR en textoscientificos.com.
  2. RPECV es acrónimo francés = Répulsion des Paires Électroniques de la Couche de Valence
  3. ↑ Modern Inorganic Chemistry W.L. Jolly ISBN 0-07-032760-2
  4. H. Stephen Stoker (2009). General, Organic, and Biological Chemistry. Cengage Learning. p. 119. ISBN 9780547152813. 
  5. VGS Box. Journal of Molecular Modeling, 1997, 3, 124-141.
  6. http://www.jstor.org/pss/97507 N.V.Sidgwick and H.M.Powell, Proc.Roy.Soc.A 176, 153-180 (1940) Bakerian Lecture. Stereochemical Types and Valency Groups
  7. R.J.Gillespie and R.S.Nyholm, Quart.Rev. 11, 339 (1957)
  8. R.J.Gillespie, J.Chem.Educ. 47, 18(1970)
  9. Chemistry Quick Study Guide el 10 de agosto de 2014 en Wayback Machine.. Mobile Reference, 2007. ISBN 160501107X. Pág. 242
  10. Baran, E. (2000). «Mean amplitudes of vibration of the pentagonal pyramidal XeOF5− and IOF52− anions». Journal of Fluorine Chemistry (en inglés) 101: 61-63. doi:10.1016/S0022-1139(99)00194-3. 

Bibliografía

  • Gillespie, Ronald J., Baird, N. Colin, Humpreys, David A., y Robinson, Edward A. (1990). Química. Editorial Reverté. ISBN 84-291-7183-5.  Traducción de Beltrán, Aurelio.

Enlaces externos

  •   Datos: Q719461
  •   Multimedia: VSEPR

Agosto 28, 2021
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La teoria de repulsion de pares de electrones de la capa de valencia TRePEV o TRPECV teoria VSEPR 1 2 o teoria de Gillespie es un modelo usado en quimica para predecir la forma de las moleculas o iones poliatomicos Esta basado en el grado de repulsion electrostatica de los pares de electrones de valencia alrededor del atomo 3 Tambien es llamada teoria Gillespie Nyholm por sus dos principales desarrolladores 4 La premisa de TRePEV es que los pares de electrones de valencia alrededor de un atomo se repelen mutuamente y por lo tanto adoptan una disposicion espacial que minimiza esta repulsion determinando la geometria molecular El numero de pares de electrones de valencia alrededor de un atomo tanto enlazantes como no enlazantes se denomina numero esterico La TRePEV es generalmente comparada y contrastada con la teoria del enlace de valencia que se ocupa de la forma molecular a traves de orbitales que son energeticamente accesibles para formar enlaces La teoria del enlace de valencia se ocupa de la formacion de enlaces sigma y pi La teoria de los orbitales moleculares es otro modelo para la comprension de como los atomos y los electrones se ensamblan en moleculas e iones poliatomicos mediante la formacion de orbitales moleculares La TRePEV ha sido criticada por no ser cuantitativa y por lo tanto limitarse a la obtencion cualitativa de las geometrias moleculares de las moleculas e iones poliatomicos covalentes a pesar de que es estructuralmente precisa Sin embargo tambien se han desarrollado campos de fuerza en mecanica molecular basados en la TRePEV 5 Indice 1 Historia 2 Descripcion 3 Reglas adicionales para la prediccion de la geometria molecular 4 TRePEV frente a otras teorias 5 Ejemplos 6 Excepciones 6 1 Compuestos de metales de transicion 7 Referencias 8 Bibliografia 9 Enlaces externosHistoria EditarLa idea de establecer una correlacion molecular entre la geometria de una molecula y el numero de electrones de valencia se presento por primera vez en 1940 por Nevil Sidgwick y Herbert Powell en la Universidad de Oxford 6 En 1957 Ronald Gillespie y Ronald Sydney Nyholm del University College London refinaron el concepto construyendo una teoria detallada que permitia elegir entre varias alternativas geometricas la mas adecuada para una molecula determinada 7 8 Descripcion EditarLa TRePEV Teoria de Repulsion de Pares de Electrones de Valencia esta basada en la idea de que la geometria de una molecula o ion poliatomico del tipo ABn donde A es el atomo central y B los atomos perifericos o ligandos esta condicionada principalmente por la repulsion de tipo culombiana entre los pares de electrones de la capa de valencia alrededor del atomo central 3 La geometria predicha es aquella que proporciona a los pares de electrones de la capa de valencia la energia minima En realidad da la casualidad que cuando una distribucion de electrones es la adecuada coincide con una repulsion interelectronica minima Los pares de electrones pueden ser de dos tipos dependiendo de si forman parte o no de un enlace clasificandose en pares de enlace y pares sueltos tambien denominados pares libres o pares no enlazantes Existen tres tipos de interacciones repulsivas entre los pares de electrones de una molecula cada una con un determinado valor de intensidad Ordenadas de mayor a menor repulsion las interacciones posibles son La repulsion par no enlazante par no enlazante PNE PNE La repulsion par no enlazante par enlazante PNE PE La repulsion par enlazante par enlazante PE PE Teniendo en cuenta esta division en dos clases de pares cualquier molecula de este tipo se puede expresar como ABnEm donde n es el numero de pares enlazantes y m el de pares de no enlace Una molecula con un atomo central que cumpla la regla del octeto tendra cuatro pares de electrones en su capa de valencia Si los cuatro pares son enlazantes los atomos enlazados se dispondran en los vertices de un tetraedro regular El angulo de enlace tetraedrico es 109 5 Como se ha comentado la repulsion par no enlazante par no enlazante PNE PNE se considera mas fuerte que la repulsion par no enlazante par enlazante PNE PE la cual es a su vez mas fuerte que la repulsion par enlazante par enlazante PE PE Entonces el angulo que formen dos pares enlazantes sera mas pequeno que el formado por los pares PNE PE y este a su vez mas pequeno que el formado por los pares PNE PNE En este sentido concuerda bastante bien con los datos experimentales La explicacion para justificar una mayor intensidad en la interaccion PNE PNE y por tanto un angulo de apertura mayor que en las demas interacciones se basa en la mayor dispersion de la nube electronica de los electrones alojados en los orbitales que no enlazan Reglas adicionales para la prediccion de la geometria molecular EditarLas repulsiones ejercidas por los pares de enlace disminuyen al aumentar la electronegatividad de los atomos perifericos Por ejemplo si se comparan el NH3 con el NF3 moleculas con el atomo central pertenecientes al mismo grupo y misma geometria piramidal los angulos de enlace son respectivamente 106 6º y 102 2º Tengase en cuenta que el fluor presenta una electronegatividad de 3 98 en la escala de Pauling y el hidrogeno de solo 2 20 frente al nitrogeno con 3 La formacion de enlaces multiples dobles triples no afecta a la estereometria de la molecula la cual esta determinada fundamentalmente por los enlaces s displaystyle sigma y los pares de electrones libres La repulsion entre pares de electrones no enlazantes de atomos con capas llenas es mayor que la repulsion entre pares de electrones no enlazantes pertenecientes a atomos con capas de valencia incompleta como se puede observar en la progresiva disminucion de los angulos en la secuencia de moleculas H2S H2Se H2Te H2O Cuando el atomo central presenta la capa de valencia incompleta y uno o mas orbitales libres vacios existe una tendencia a que los pares de electrones libres de los atomos perifericos se transfieran al primero como ocurre en el BF3 Los pares de electrones libres que rodean a los atomos de fluor pueden cederse al orbital pz vacio del boro Cuando hay 5 o 7 pares de electrones las posiciones no son completamente equivalentes Por ejemplo en una molecula con geometria de bipiramide trigonal 5 pares como es el caso del PF5 se pueden distinguir posiciones axiales y posiciones ecuatoriales TRePEV frente a otras teorias EditarLa TRePEV se compara y se contrasta con la teoria del enlace de la capa de valencia la cual determina la forma la geometria molecular a traves de los orbitales que son energeticamente accesibles para enlazar La teoria de los orbitales moleculares se concentra mas en la formacion de enlaces sigma y pi La teoria de los orbitales moleculares es un modelo mas sofisticado para entender como atomos y electrones se ensamblan en moleculas e iones poliatomicos El metodo Axe es comunmente usado para encontrar la geometria de las moleculas siguiendo la teoria TRePEV 9 Ejemplos EditarEl metano CH4 es tetraedrico porque hay cuatro pares de electrones Los cuatro atomos de hidrogeno estan posicionados en los vertices de un tetraedro y el angulo de enlace es de 109 5 Es una molecula del tipo AB4 A es el atomo central y B representa a los otros atomos El amoniaco NH3 tiene tres pares de electrones usados en enlaces pero hay un par suelto de electrones en el atomo de nitrogeno No esta unido a ningun otro atomo pero aun asi influencia a la geometria a traves de repulsiones Como en el metano hay cuatro regiones de densidad de electrones Por lo tanto la orientacion general de las regiones de densidad electronica es tetraedrica Por otra parte solo hay tres atomos externos Es una molecula del tipo AB3E porque el par de electrones suelto es representado por una E La forma general de la molecula es una piramide trigonal porque el par suelto no es visible La geometria de una molecula se obtiene a partir de la relacion de los atomos aun a pesar de que puede ser influenciada por los pares de electrones sueltos Debido a la mayor repulsion ejercida por el par de electrones no enlazante del N mientras que el angulo de enlace HCH predicho es de 109 5º el HNH del amoniaco debera ser menor Tipo de molecula Forma Disposicion electronica Geometria EjemplosAB1En Molecula diatomica HF O2AB2E0 Lineal BeCl2 HgCl2 CO2AB2E1 Angular NO2 SO2 O3AB2E2 Angular H2O OF2AB2E3 Lineal XeF2 I3 AB3E0 Triangular plana BF3 CO32 NO3 SO3AB3E1 Piramide trigonal NH3 PCl3AB3E2 Forma de T ClF3 BrF3AB4E0 Tetraedrica CH4 PO43 SO42 ClO4 AB4E1 Balancin SF4AB4E2 Cuadrada plana XeF4AB5E0 Bipiramide trigonal PCl5AB5E1 Piramide cuadrada ClF5 BrF5AB5E2 Pentagonal plana XeF 5AB6E0 Octaedrica SF6AB6E1 Piramide pentagonal XeOF 5 IOF2 5 10 AB7E0 Bipiramide pentagonal IF7 Disposicion electronica incluyendo los pares no enlazantes mostrados en amarillo Geometria observada excluyendo los pares no enlazantes Excepciones EditarHay grupos de compuestos donde fallan las predicciones de la TRePEV Compuestos de metales de transicion Editar No se pueden describir correctamente muchas estructuras de compuestos de metales de transicion lo que se puede atribuir a la interaccion de los electrones d de la corteza electronica interna con los ligandos que se encuentran mas alla de la esfera de coordinacion de los pares solitarios Referencias Editar Es frecuente el empleo del acronimo ingles VSEPR Valence Shell Electron Pair Repulsion debido a su gran difusion en organismos internacionales como la IUPAC Vease por ejemplo VSEPR en textoscientificos com RPECV es acronimo frances Repulsion des Paires Electroniques de la Couche de Valence a b Modern Inorganic Chemistry W L Jolly ISBN 0 07 032760 2 H Stephen Stoker 2009 General Organic and Biological Chemistry Cengage Learning p 119 ISBN 9780547152813 VGS Box Journal of Molecular Modeling 1997 3 124 141 http www jstor org pss 97507 N V Sidgwick and H M Powell Proc Roy Soc A 176 153 180 1940 Bakerian Lecture Stereochemical Types and Valency Groups R J Gillespie and R S Nyholm Quart Rev 11 339 1957 R J Gillespie J Chem Educ 47 18 1970 Chemistry Quick Study Guide Archivado el 10 de agosto de 2014 en Wayback Machine Mobile Reference 2007 ISBN 160501107X Pag 242 Baran E 2000 Mean amplitudes of vibration of the pentagonal pyramidal XeOF5 and IOF52 anions Journal of Fluorine Chemistry en ingles 101 61 63 doi 10 1016 S0022 1139 99 00194 3 Bibliografia EditarGillespie Ronald J Baird N Colin Humpreys David A y Robinson Edward A 1990 Quimica Editorial Reverte ISBN 84 291 7183 5 Traduccion de Beltran Aurelio Enlaces externos Editarhttp www acienciasgalilei com alum qui EQtema07 pdf http treefrog fullerton edu chem at html model enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima Explicacion en video de la TREPEV Datos Q719461 Multimedia VSEPRObtenido de https es wikipedia org w index php title TRePEV amp oldid 130470401, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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