Teoría VSEPR
Los pares de electrones alrededor de un átomo son todos negativos, así que se empujan. Intentan abrirse todo lo que pueden, y esa disposición es la forma en 3 dimensiones de la molécula. Los pares libres ocupan un sitio y empujan, no solo los pares usados en los enlaces. Cuenta los dominios de electrones y el armazón queda fijo, lineal o triangular plano o tetraédrico, y si hay pares libres el ángulo se aprieta en una forma doblada o de pirámide trigonal. Suma las polaridades de los enlaces como vectores y también sabes si la molécula entera es polar o no polar. El empuje fija la forma.
Los dominios de electrones se repelen e intentan quedarse lo más lejos que pueden. 2 se abren opuestos en una línea a 180°. 3 hacen un plano trigonal a 120°. 4 hacen un tetraedro a 109.5°. 5 son una bipirámide trigonal, y 6 son un octaedro. Cambia la cuenta y la disposición muestra cómo se fija sola. El impulso de quedarse lejos elige el armazón.
Un par de enlace está atado entre dos átomos y se queda estrecho, mientras un par libre está atado a un solo átomo y se hincha más. Así que aprieta más fuerte a los pares de enlace vecinos. El agua tiene 4 dominios de electrones, así que en el ideal debería ser 109.5°, pero 2 pares libres empujan y el ángulo H-O-H se estrecha a 104.5° y la molécula se dobla. Enciende y apaga los pares libres y el ángulo que se encoge se muestra solo. El par hinchado aprieta el ángulo.
Al nombrar la forma de una molécula hay que separar la disposición de los pares de electrones de las posiciones de los átomos. 4 dominios de electrones quieren decir siempre una disposición tetraédrica, pero si algunos son pares libres la forma juzgada solo por los átomos visibles cambia. AX₄ sigue tetraédrica, AX₃E con 1 par libre es una pirámide trigonal, y AX₂E₂ con 2 pares libres es doblada. Muévete entre el conjunto entero de dominios y la vista de solo átomos y la diferencia se muestra. Los pares escondidos cambian el nombre.
Por qué los dominios de electrones se asientan en esa disposición. Porque ahí la suma de las energías de repulsión, cada par empujando a los otros, es la menor. Arrastra un dominio fuera de su mejor sitio y, cuanto más se acerca a un vecino, más sube la suma de la energía de repulsión. Suéltalo y vuelve a la disposición de energía mínima, abierta todo lo que puede. Ese mínimo es exactamente la forma molecular que observamos. La suma más baja es la forma.
Cada enlace es un dipolo pequeño, con los electrones tirados a un lado por una diferencia de electronegatividad. La polaridad de la molécula entera es la suma vectorial de estos dipolos de enlace. En el dióxido de carbono los dos dipolos C=O quedan opuestos y se cancelan, así que el neto es 0 y la molécula es no polar. El agua está doblada, así que los dos dipolos O-H no se cancelan. Se suman hacia un lado y queda un dipolo neto, y la molécula es polar. Muévete entre los dipolos de enlace y el dipolo neto y la suma de las direcciones queda confirmada. La suma de las direcciones dice la polaridad.