В 1957 г. канадский физикохимик Роналд Джеймс Гиллеспи создал простую, но красивую теорию, которая позволяет с хорошей точностью по структу­ре Льюиса предсказывать геометрическую форму молекул.

Согласно этой теории, во многих простых молекулах химические свя­зи расположены таким образом, что электронные пары, принадлежащие одному атому, максимально удалены друг от друга.

Например, в молекуле ВеН₂ атом бериллия делит с атомами водо­рода две пары электронов. Одна пара максимально удалена от другой, когда угол между связями составляет 180°. Это означает, что молекула линейна.

Теория даёт возможность установить геометрическое строение молекул типа AX_nE_m, где к центральному атому А присоединены n атомов X и име­ется также т неподелённых электронных пар (что обозначено символом Е_m). Общее число электронных пар m+n составляет от двух до восьми.

Чтобы определить максимально удалённое расположение электронных пар, можно представить каждую пару точечным зарядом на поверхности сферы, в центре которой находится атом, и найти максимум суммы рас­стояний между этими зарядами.

Расположение точек на поверхности сферы, при котором они максимально удалены друг от друга.

В оптимальной конфигурации ядер два заряда находятся на концах диа­метра, три заряда образуют правильный треугольник, четыре — тетраэдр, шесть — октаэдр. Эти конфигурации можно сделать более наглядными, если представить электронные пары в виде связки воздушных шаров, как показано на рисунке.

Связки, содержащие от двух до шести шаров, максимально удалённых друг от друга

Рассмотрим молекулы с четырьмя электронными парами, находящи­мися в вершинах тетраэдра. В молекуле CF₄ (тип АХ₄) все пары принад­лежат химическим связям, поэтому атомы фтора также расположены в вершинах тетраэдра. В молекуле NF₃ (тип АХ₃Е) одна пара электронов азо­та не участвует в образовании связи, так что молекула имеет форму тре­угольной пирамиды. Наконец, молекула F₂O (тип АХ₂Е₂) с двумя неподеленными электронными парами имеет угловую форму.