¿Por qué el agua tiene una estructura irregular?

El agua tiene una estructura doblada porque dos orbitales de electrones de oxígeno se doblarán y los hidrógenos se conectarán en los orbitales.

Un átomo de oxígeno tiene cuatro orbitales de electrones, como se ve en (a), formando puntos que están dispuestos como los vértices en un tetraedro (la forma resulta de que la estructura tiene la mayor cantidad de espacio entre los vértices dada la distancia desde el centro).

(Fuente de la imagen y más información sobre la hibridación orbital: Orbitales atómicos híbridos)

Los dos átomos de hidrógeno (en términos simplificados) se unirán en dos de los vértices, pero como todos forman un ángulo de 109.5 ° con el centro, los hidrógenos no pueden formar una línea con el oxígeno, como se muestra en (b). Hay cierto ángulo de distorsión (104.5 °) que se debe a la mecánica cuántica.

El puede ser respondido por Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory (VSEPR). La teoría establece que en la idea simplificada de una capa externa, los pares de electrones se repelerán lo más posible (los electrones orbitan en pares). En una molécula donde hay múltiples pares unidos, los ángulos de enlace serán iguales. Sin embargo, el agua (H2O) tiene 2 pares solitarios y 2 pares unidos. Como los pares solitarios (pares de electrones que no están involucrados en un enlace) tienen un repelente electrostático más fuerte que los pares unidos, los ángulos de enlace disminuyen (imagine empujar a imanes que no se unen). Como resultado, el agua crea una forma de V (104.5 grados), en lugar de un ángulo lineal de 180 grados.

Aquí hay ejemplos gráficos con fuentes:

¿Cuál es la geometría molecular o la forma del cloruro de berilio, BeCl_2? El | Socrático

Esto no muestra pares solitarios, 2 ángulos de enlace, forma lineal y, por tanto, ángulo de enlace de 180 grados

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Esto muestra 2 pares solitarios (2 pares de puntos) y 2 pares unidos, formando un ángulo de 104.5 grados

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Debido a la presencia de dos pares solitarios en el oxígeno, el agua tiene una estructura irregular. La repulsión entre lp-lp es muy alta, lo que desplaza los pares de enlaces OH y se forma una geometría en forma de V.

El agua no tiene una estructura irregular, tiene un tipo doblado que forma un ángulo de 104 debido al electrón par no compartido en el átomo de oxígeno.