Teoria della repulsione dei doppietti elettronici (VSEPR)
La forma della molecola dipende dalla repulsione tra le coppie di elettroni presenti nel livello di valenza. Poiché gli elettroni, avendo la stessa carica, tendono a respingersi, le coppie di non legame occupano maggiore spazio rispetto alle coppie di legame.
| coppie elettr. | coppie di legame | coppie solitarie | angolo | forma | esempi | struttura Lewis | struttura tridimens. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 2 | 0 | 180° | lineare | BeCl2 |  |  |
| 3 | 3 | 0 | 120° | trigonale planare | BCl3 |  |  |
| 3 | 2 | 1 | <120° | angolare | SO2 |  |  |
| 4 | 4 | 0 | 109,5° | tetraedrica | CH4 |  |  |
| 4 | 3 | 1 | 107,3° | piramidale trigonale | NH3 |  |  |
| 4 | 2 | 2 | 104,5° | angolare angolare | H2O |  |  |
Dalla tabella si può notare che, nel caso in cui tutte le coppie siano condivise, gli angoli di legame sono uguali. In SO2, la coppia non condivisa esercita una repulsione e l'angolo di legame diminuisce; lo stesso vale in NH3 e ancor più in H2O, dove le coppie non condivise sono due.
Ibridazione
La teoria VB non riesce a giustificare perché atomi come il Be, che non hanno elettroni spaiati, possono formare legami.
Inoltre, la geometria di alcune molecole, ricavata sperimentalmente o dedotta con la teoria VSPER, non si accorda con gli angoli degli orbitali che partecipano al legame. La teoria VSEPR considera, infatti, solo la repulsione degli elettroni senza valutare gli orbitali coinvolti.
Le analisi strutturali hanno mostrato che è possibile il mescolamento di orbitali atomici s, p e anche d (ibridazione), per ottenere nuovi orbitali ibridi uguali tra loro e nello stesso numero degli orbitali atomici coinvolti.
Si veda la pagina dell'ibridazione del carbonio per la spiegazione dettagliata dei diversi tipi di ibridazione.
Due esempi
Acqua
L'ossigeno ha due elettroni spaiati e può formare due legami semplici con due atomi di idrogeno.
La disposizione degli orbitali p porterebbe ad avere un angolo di legame di 90°.
L'analisi sperimentale dimostra invece la presenza di un angolo di 104,5°. Si può pensare ad una repulsione tra gli atomi di H, entrambi parzialmente positivi, tuttavia è possibile un altro modello.
Se l'orbitale 2s si ibrida con gli orbitali 2p, otteniamo 4 orbitali ibridi sp3 disposti a 109,5° tra loro.
Poiché due orbitali ibridi contengono un doppietto non condiviso ciascuno, si ha una repulsione che porta l'angolo a 104,5°, come previsto dalla teoria VSEPR.
Triossido di zolfo
Lo zolfo ha 2 elettroni spaiati nel terzo livello e forma un doppio legame con l'ossigeno, anch'esso con 2 elettroni spaiati nel livello più esterno.
Ad esso, mediante legami dativi, è possibile aggiungere altri 2 atomi di zolfo per ottenere il triossido di zolfo.
In alternativa alla teoria VB, è possibile impiegare il modello a orbitali ibridi. Se un elettrone dell'orbitale 3s e uno del 3p passano nel 3d, si hanno 6 elettroni spaiati e quindi si formano 6 legami covalenti.
Risonanza
Quando una molecola non può essere rappresentata con una sola struttura di Lewis in quanto si ottengono strutture equivalenti con uno spostamento degli elettroni da un atomo all'altro, si parla di risonanza.
In un composto in cui doppi legami sono intervallati da legami semplici si ha delocalizzazione degli elettroni, cioè gli elettroni appartengono a più atomi e la forza e la lunghezza di questi legami hanno valori intermedi tra il legame semplice e il legame doppio.