¿Por qué la primera estructura de la izquierda es más estable que la segunda de la derecha?
En la primera, el ángulo entre los dos pares de electrones no enlazantes es de unos 120°, mucho menor que en la segunda estructura. Y también es muy conocido que solitario par - solitario repulsiones de pares son peores que repulsiones entre pares de enlace . ¿Por qué es más estable la primera estructura?
Respuesta corta
La estructura de la izquierda es "preferida" porque la estructura de la derecha no puede existir. No se pueden poner 4 electrones en un orbital p.
Explicación detallada
En $\ce{ClF3}$ el átomo central de cloro es aproximadamente $\ce{sp^2}$ hibridizado. Esto significa que tendremos 3 $\ce{sp^2}$ que emanan del cloro; formarán un plano ecuatorial y contendrán un par solitario de electrones o se enlazarán a un ligando. Además, en el caso de $\ce{sp^2}$ hibridación, también tenemos 1 orbital p no hibridado perpendicular al plano ecuatorial.
El dibujo de la derecha tiene dos pares solitarios situados en un orbital p. Un orbital p no puede contener 4 electrones, por lo que el dibujo de la derecha no representa una estructura química válida.
La cuestión es , does $\ce{ClF3}$ prefieren existir con
o
Podemos utilizar Regla de Bent para responder a esta pregunta. La regla de Bent nos dice que se colocará más carácter p en aquellos orbitales dirigidos hacia sustituyentes más electronegativos (o a la inversa, se colocará más carácter s en aquellos orbitales dirigidos hacia sustituyentes más electropositivos). Esto se debe a que los orbitales con más carácter p son más energéticos que los orbitales con más carácter s (porque un orbital p es más energético que un orbital s). Un sustituyente electronegativo alejará la densidad electrónica del átomo central. En consecuencia, hay menos densidad de electrones que estabilizar, por lo que el orbital se rehibridará de modo que contenga más carácter p, guardando el carácter s para estabilizar otro orbital que contenga más densidad de electrones.
Como el flúor es muy electronegativo y un par de electrones es muy electropositivo, aplicando la regla de Bent vemos que los dos flúor electronegativos preferirán posiciones axiales donde el orbital sea rico en carácter p (de hecho, es aproximadamente 100% p) y los dos pares solitarios preferirán ocupar dos de los ricos en s $\ce{sp^2}$ orbitales ecuatoriales. Por lo tanto, su estructura de la izquierda con 2 fluorinos axiales y 1 fluorino ecuatorial representa correctamente la disposición preferida de los fluorinos y los pares solitarios en $\ce{ClF3}$ .
Una nota final sobre la unión en $\ce{ClF3}$ los dos fluoros axiales se enlazan con el orbital p del cloro para formar lo que se denomina un hipercoordinado o hipervalente o un enlace de 3 centros y 4 electrones (3 centros porque hay 3 átomos $\ce{F-Cl-F}$ implicados en el enlace y el enlace contiene 4 electrones, 2 del cloro y 1 de cada uno de los dos fluoros). El enlace hipercoordinado es común en situaciones en las que el átomo central parece tener más de un octeto de electrones. Consulte estas respuestas anteriores para obtener más información sobre el enlace hipercoordinado.
Utilizando el "Método AXE" todas las moléculas de $\ce{AX3E2}$ tipo, donde
se suponen En forma de T . Creo que no importa lo que el átomo central $\ce{A}$ y ligandos $\ce{X}$ son.
OP tiene razón en que la repulsión entre pares solitarios es menor en la segunda estructura, sin embargo, tenemos que considerar también las repulsiones entre pares solitarios y pares enlazantes. Sí, por lo general, las repulsiones par solitario - par solitario (lp-lp) son mayores que las repulsiones par solitario - par enlazante (lp-bp) y par enlazante - par enlazante (bp-bp), pero estas últimas no pueden despreciarse sin más.
Para la primera estructura tenemos:
Para la segunda estructura tenemos:
Así, en la segunda estructura la repulsión lp-lp es menor, pero la repulsión global lp-bp es mayor, mientras que la repulsión global bp-bp es básicamente la misma. Bueno, es difícil decir a priori Si la repulsión lp-bp es mayor que la repulsión lp-lp, pero en la teoría VSEPR se supone que sí, la primera estructura es más favorable.
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