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Química General e Inorgánica I – Serie 1 –modelo de Lewis predice distancias diferentes, al establecer estructuras en las cualesexiste una unión doble y dos uniones simples:O- OCO -Esta deficiencia se puede salvar introduciendo el concepto de resonancia,mediante el cual se considera que la estructura real es una “mezcla” de todas lasposibles estructuras de Lewis:OO -O -CCC- OO -OO -- OOEl concepto de unión covalente como par de electrones compartidos fueformalizado matemáticamente en el contexto de la Mecánica Cuántica por Heitler yLondon en 1927. Esta formalización se conoce como método de los enlaces de valencia.La idea básica consiste en escribir una función de onda para cada enlace en base a lasuperposición de un orbital atómico de cada átomo involucrado en el enlace. Si existeresonancia (más de una estructura de Lewis posible), la función de onda total seconsidera una superposición (suma) de las funciones de onda asociadas a cada estructuraresonante.Es importante aclarar que el concepto de resonancia tiene solamente sentido en elmarco del modelo de Lewis o en la teoría de los enlaces de valencia. El modelo de Lewispermite predecir, con ciertas limitaciones, la conectividad de una molécula, pero no dainformación acerca de la geometría molecular (disposición espacial de los átomos).La regla del octeto es de apreciable utilidad para describir los enlaces enmoléculas que contienen átomos de los dos primeros períodos (con algunas excepcionesque deben ser analizadas en particular, como el caso de NO o NO 2 ). Para los períodossuperiores, es posible rodear a los átomos con más de ocho electrones, lo que seanalizará por separado.Teoría de la repulsión de los pares de electrones de valencia (TREPEV)Esta teoría, que permite predecir geometrías moleculares, fue propuesta porPowell en la década de 1930 y reformulada por Gillespie en la de 1970. Se basa en laidea de unión covalente asociada a un par electrónico (modelo de Lewis) y permitepredecir ciertos aspectos relacionados con la geometría molecular. Se entiende porgeometría molecular a la descripción completa de la disposición espacial de los átomosque componen la molécula. Esta descripción incluye las distancias de enlace, los ángulosexistentes entre dos uniones (3 átomos), ángulos diedros (4 átomos), etc. Identificar los6
Química General e Inorgánica I – Serie 1 –enlaces, los ángulos y el ángulo diedros existentes en la molécula de agua (H 2 O), aguaoxigenada (H 2 O 2 ), amoníaco (NH 3 ) y metano (CH 4 )El modelo TREPEV permite realizar predicciones sólo de los ángulos enmoléculas o fragmentos moleculares con un átomo central. La hipótesis básica consisteen que la forma de la molécula es la que minimiza las repulsiones entre los pares deelectrones. Ello se logra alejando los pares lo más posible. Se deben considerar ademásde los pares asociados con uniones covalentes, los pares libres de electrones de valencia.Si existen dos pares de electrones la molécula será lineal (ángulo de 180 grados), si setienen tres pares será plana trigonal (ángulo de 120 grados), con cuatro pares serátetraédrica (ángulo de 109.5 grados) y así sucesivamente.lineatrigonalbipiramidatetrahédricplanaroctahédricSe puede refinar el modelo teniendo en cuenta las diferencias entre lasinteracciones repulsivas entre pares ligantes y pares libres, considerando que estosúltimos tienen mayor capacidad repulsiva. También se puede considerar que los paresasociados con uniones múltiples constituyen un “súper par”, con mayor capacidadrepulsiva que los pares simples. Este modelo no permite realizar ninguna predicciónacerca de otros parámetros geométricos, tales como longitudes de enlace o ángulosdiedros. El modelo TREPEV, a pesar de ser un modelo muy primitivo, funciona bastantebien para la predicción de ángulos de enlace. Actualmente, sin embargo, se utilizanmétodos más sofisticados para predecir geometrías moleculares. En general, todos estosmétodos se basan en realizar evaluaciones de la energía potencial de la molécula(utilizando la Mecánica Cuántica, o bien modelos más sencillos) en función de losparámetros moleculares (distancias, ángulos, ángulos diedros, etc.) y determinar lageometría correspondiente a la energía mínima.En el caso de moléculas más complejas, como las proteínas, el problema es muycomplicado. Éste es un tema de investigación muy importante, ya que la estructura y lafunción de estas moléculas se hallan estrechamente relacionadas.Método de orbitales molecularesLa aproximación orbital, utilizada previamente para átomos, se puede utilizartambién para moléculas. En este caso, la función de onda se escribe como producto defunciones asociadas con cada electrón. Esas funciones se denominan orbitalesmoleculares (OM) y son, como en el caso atómico, funciones de las coordenadas x,y,z decada electrón. La manera usual de obtener los orbitales moleculares es describiéndoloscomo combinaciones lineales (CL) de orbitales atómicos (OA) o, lo que es lo mismo,efectuando la suma de OA con distintos coeficientes. Por ello este método se denominaOM-CLOA. Se pueden considerar solamente los OA ocupados en el átomo aislado o7
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