Teoria odpychania pary elektronów Valence Shell (VSEPR) jest modelem molekularnym służącym do przewidywania geometria atomów tworzących cząsteczka gdzie siły elektrostatyczne między cząsteczkami elektrony walencyjne są zminimalizowane wokół centralnego atom.
Teoria ta znana jest również jako teoria Gillespie – Nyholm, po dwóch naukowcach, którzy ją opracowali). Według Gillespie 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 rozmieszczają wokół centralnego atomu węgla.
Używanie VSEPR do przewidywania geometrii cząsteczek
Nie możesz użyć struktury molekularnej do przewidzenia geometrii cząsteczki, chociaż możesz tego użyć struktura Lewisa. To jest podstawa teorii VSEPR. Pary elektronów walencyjnych naturalnie rozmieszczają się tak, aby były możliwie jak najdalej od siebie. To minimalizuje ich odpychanie elektrostatyczne.
Weźmy na przykład BeF2. Jeśli spojrzysz na strukturę Lewisa dla tej cząsteczki, zobaczysz, że każdy atom fluoru jest otoczony walencją pary elektronów, z wyjątkiem jednego elektronu, który ma każdy atom fluoru związany z centralnym berylem atom. Elektrony walencyjne fluoru rozsuwają się jak najdalej lub o 180 °, nadając temu związkowi liniowy kształt.
Jeśli dodasz kolejny atom fluoru, aby uzyskać BeF3, najdalej oddalone od siebie pary elektronów walencyjnych wynoszą 120 °, co tworzy trójwymiarowy planarny kształt.
Podwójne i potrójne obligacje w teorii VSEPR
Geometria molekularna jest określana przez możliwe lokalizacje elektronu w powłoce walencyjnej, a nie przez liczbę par elektronów walencyjnych. Aby zobaczyć, jak działa model dla cząsteczki z podwójnymi wiązaniami, zastanów się dwutlenek węgla, CO2. Podczas gdy węgiel ma cztery pary elektronów wiążących, istnieją tylko dwa miejsca, w których elektrony można znaleźć w tej cząsteczce (w każdym z podwójnych wiązań z tlenem). Odpychanie między elektronami jest najmniejsze, gdy wiązania podwójne występują po przeciwnych stronach atomu węgla. Tworzy to cząsteczkę liniową o kącie wiązania 180 °.
W innym przykładzie rozważmy jon węglanowy, CO32-. Podobnie jak w przypadku dwutlenku węgla, wokół centralnego atomu węgla znajdują się cztery pary elektronów walencyjnych. Dwie pary są w pojedynczych wiązaniach z atomami tlenu, podczas gdy dwie pary są częścią podwójnego wiązania z atomem tlenu. Oznacza to, że istnieją trzy lokalizacje 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 trygoniczny płaski plan z kątem wiązania 120 °.
Wyjątki od teorii VSEPR
Teoria odpychania pary elektronów Shell Valence nie zawsze przewiduje prawidłową geometrię cząsteczek. Przykłady wyjątków obejmują:
- cząsteczki metalu przejściowego (np. CrO3 to trygonalny bipiramidal, TiCl4 jest czworościenny)
- cząsteczki nieparzystych elektronów (CH3 jest piramidalny raczej niż płaski)
- trochę AX2mi0 cząsteczki (np. CaF2 ma kąt wiązania 145 °)
- trochę AX2mi2 cząsteczki (np. Li2O jest raczej liniowy niż zgięty)
- trochę AX6mi1 cząsteczki (np. XeF6 jest raczej ośmiościenny niż pięciokątny piramidalny)
- trochę AX8mi1 molekuły
Źródło
R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, ss. 1315-1327, „Pięćdziesiąt lat modelu VSEPR”