Teoria odpychania par elektronów powłoki walencyjnej

Związek między VSEPR a geometrią molekularną

Pokazano, że teoria VSEPR może być wykorzystana do przewidywania geometrii czworościennej cząsteczki metanu. Getty Images/JC559

Teoria odpychania par elektronów powłoki walencyjnej (VSEPR) to model molekularny do przewidywania geometria atomów tworzących a cząsteczka gdzie siły elektrostatyczne między cząsteczkami elektrony walencyjne są zminimalizowane wokół centralnego atom .

Teoria ta jest również znana jako teoria Gillespiego-Nyholma, na cześć dwóch naukowców, którzy ją opracowali). Według Gillespiego, zasada wykluczenia Pauliego jest ważniejszy w określaniu geometrii molekularnej niż efekt odpychania elektrostatycznego.

Zgodnie z teorią VSEPR metan (CH₄) cząsteczka jest czworościanem, ponieważ wiązania wodorowe odpychają się i równomiernie rozprowadzają wokół centralnego atomu węgla.

Wykorzystanie VSEPR do przewidywania geometrii cząsteczek

Nie możesz użyć struktury molekularnej do przewidzenia geometrii cząsteczki, chociaż możesz użyć struktura Lewisa . To jest podstawa teorii VSEPR. Pary elektronów walencyjnych naturalnie układają się tak, aby były jak najdalej od siebie. Minimalizuje to ich odpychanie elektrostatyczne.

Weźmy na przykład BeF_dwa. Jeśli spojrzysz na strukturę Lewisa dla tej cząsteczki, zobaczysz, że każdy atom fluoru jest otoczony przez pary elektronów walencyjnych, z wyjątkiem jednego elektronu, który ma każdy atom fluoru, który jest związany z centralnym atomem berylu. Elektrony walencyjne fluoru oddalają się od siebie jak najdalej lub o 180°, nadając temu związkowi liniowy kształt.

Jeśli dodasz kolejny atom fluoru, aby uzyskać BeF₃, najdalsze pary elektronów walencyjnych mogą od siebie oddalić to 120°, co tworzy trójkątny kształt planarny.

Wiązania podwójne i potrójne w teorii VSEPR

Geometria molekularna jest określona przez możliwe położenie elektronu w powłoce walencyjnej, a nie przez liczbę par elektronów walencyjnych. Aby zobaczyć, jak model działa dla cząsteczki z wiązaniami podwójnymi, rozważ dwutlenek węgla, CO_dwa. Podczas gdy węgiel ma cztery pary elektronów wiążących, są tylko dwa miejsca elektronów w tej cząsteczce (w każdym z podwójnych wiązań z tlenem). Odpychanie między elektronami jest najmniejsze, gdy wiązania podwójne znajdują się po przeciwnych stronach atomu węgla. Tworzy to liniową cząsteczkę, która ma kąt wiązania 180°.

Jako inny przykład rozważmy jon węglanowy, CO₃^dwa-. Podobnie jak w przypadku dwutlenku węgla, wokół centralnego atomu węgla znajdują się cztery pary elektronów walencyjnych. Dwie pary są w wiązaniach pojedynczych z atomami tlenu, natomiast dwie pary są częścią wiązania podwójnego z atomem tlenu. Oznacza to, że istnieją trzy lokalizacje dla elektronów. Odpychanie między elektronami jest zminimalizowane, gdy atomy tlenu tworzą trójkąt równoboczny wokół atomu węgla. W związku z tym, Teoria VSEPR przewiduje, że jon węglanowy przyjmie trójkątny kształt planarny o kącie wiązania 120°.

Wyjątki od teorii VSEPR

Teoria odpychania par elektronów powłoki Valence nie zawsze przewiduje prawidłową geometrię cząsteczek. Przykłady wyjątków obejmują:

• cząsteczki metali przejściowych (np. CrO₃jest trygonalny dwupiramidowy, TiCl₄jest czworościenny)
• cząsteczki nieparzyste (CH₃jest planarny, a nie trójkątny piramidalny)
• trochę siekiery_dwaORAZ₀cząsteczki (np. CaF_dwama kąt wiązania 145°)
• trochę siekiery_dwaORAZ_dwacząsteczki (np. Li_dwaO jest liniowe, a nie wygięte)
• trochę siekiery₆ORAZ₁cząsteczki (np. XeF₆jest ośmiościenny, a nie pięciokątny piramidalny)
• trochę siekiery₈ORAZ₁Cząsteczki

Źródło

RJ Gillespie (2008), Przeglądy chemii koordynacyjnej tom. 252, s. 1315-1327, „Pięćdziesiąt lat modelu VSEPR”