Relación entre la teoría de la repulsión de los electrones de valencia y la de hibridación de orbitales

La Teoría de la Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia (TRePEV, o, por sus siglas inglesas, VSEPR) es un modelo que trata de predecir la geometría que tendrá una molécula a partir del número de pares de electrones, enlazantes y no enlazantes (los cuales a menudo se pueden predecir según la teoría del octete de Lewis) que se sitúan alrededor del átomo central. El modelo se basa en suponer que los electrones se colocan unos de otros lo más lejos posible, de modo que la repulsión entre los pares sea la mínima. Por ejemplo, cuando un átomo tiene cuatro pares de electrones, estos se tienden a colocar en los vértices de un tetraedro, pudiendo demostrare matemáticamente que es formando esta figura como quedan más lejos unos de otros.

Esta teoría tiene relación con la de la hibridación de orbitales porque también esta última tiene implicaciones geométricas. Así por ejemplo, la hibridación sp³ supone la formación de un tetraedro porque los cuatro enlaces híbridos sp³ tienden a colocarse lo más lejos posible angularmente unos de otros.

El siguiente cuadro muestra la correlación existente entre ambas teorías:

Cuando un átomo central se rodea de dos pares de electrones para formar enlace, estos pares quedan lo más lejos posible uno de otro, es decir, a 180º. Eso implica que la estructura del compuesto es lineal. Pero las estructuras lineales se asocian a los orbitales híbridos sp; por lo tanto, cabe predecir que los orbitales que empleará el átomo central para unirse serán del tipo híbridos sp.

Un ejemplo es el BeCl₂, cuya estructura de Lewis se muestra a la izquierda.

El berilio solo puede aportar al enlace los dos electrones de valencia que posee (los señalados con aspas), los cuales se aparearán con sendos electrones de los Cl que lo rodean. Por tanto, hay quedan dos pares de electrones rodeando al Be. Estos pares de electrones forman dos enlaces. Consultando la fila de la tabla correspondiente a “2 pares de electrones”, “2 enlaces” observamos que la hibridación sugerida es sp.

Veamos otro ejemplo. el NH₃. En esta molécula el N (átomo central) se rodea de 5 pares de electrones y cada H aporta 1. Según el modelo de Lewis, el reparto de todos los electrones en esa molécula quedaría así:

Los átomos de H se han colocado en posiciones arbitrarias porque el modelo de Lewis no predice por sí mismo la geometría de una molécula. El N aporta sus 5 electrones de valencia (representados con puntos) y los H uno cada uno. En total quedan cuatro pares de electrones alrededor del átomo central y se forman tres enlaces. Consultando la tabla, esto supone que los pares de electrones se disponen formando un tetraedro (para que la repulsión entre los mismos sea mínima), que la hibridación es sp³ y que la molécula forma una pirámide trigonal (por “forma de la molécula” queremos decir la disposición que adoptan los átomos independientemente de la de los electrones):

Diversas formas geométricas

Para practicar, trasladamos desde la Wikipedia la siguiente tabla de diversas geometrías moleculares predichas por la TRePEV (los círculos amarillos representan pares sin compartir).