Teória odpudzovania elektrónových párov Valence Shell

Vzťah medzi VSEPR a molekulárnou geometriou

Teória VSEPR sa môže použiť na predpovedanie tetraedrickej geometrie molekuly metánu. Getty Images/JC559

Teória odpudzovania elektrónových párov Valence Shell (VSEPR) je molekulárny model na predpovedanie geometria atómov tvoriacich a molekula kde elektrostatické sily medzi molekulami valenčné elektróny sú minimalizované okolo centrály atóm .

Táto teória je známa aj ako Gillespie-Nyholmova teória podľa dvoch vedcov, ktorí ju vyvinuli). Podľa Gillespieho, Pauliho princíp vylúčenia je dôležitejší pri určovaní molekulárnej geometrie ako účinok elektrostatického odpudzovania.

Podľa teórie VSEPR metán (CH₄) molekula je štvorsten, pretože vodíkové väzby sa navzájom odpudzujú a rovnomerne sa rozkladajú okolo centrálneho atómu uhlíka.

Použitie VSEPR na predpovedanie geometrie molekúl

Nemôžete použiť molekulárnu štruktúru na predpovedanie geometrie molekuly, hoci môžete použiť Lewisova štruktúra . Toto je základ teórie VSEPR. Valenčné elektrónové páry sa prirodzene usporiadajú tak, že budú od seba čo najďalej. Tým sa minimalizuje ich elektrostatické odpudzovanie.

Vezmite si napríklad BeF_dva. Ak sa pozriete na Lewisovu štruktúru tejto molekuly, uvidíte, že každý atóm fluóru je obklopený valenčnými elektrónovými pármi, s výnimkou jedného elektrónu, ktorý má každý atóm fluóru a ktorý je naviazaný na centrálny atóm berýlia. Fluórové valenčné elektróny sa od seba odťahujú čo najďalej alebo o 180°, čo dáva tejto zlúčenine lineárny tvar.

Ak pridáte ďalší atóm fluóru na vytvorenie BeF₃, najďalej sa od seba môžu dostať valenčné elektrónové páry 120°, čo tvorí trigonálny rovinný útvar.

Dvojité a trojité väzby v teórii VSEPR

Molekulárna geometria je určená možným umiestnením elektrónu vo valenčnom obale, nie tým, koľko párov valenčných elektrónov je prítomných. Ak chcete vidieť, ako model funguje pre molekulu s dvojitými väzbami, zvážte oxid uhličitý, CO_dva. Zatiaľ čo uhlík má štyri páry väzbových elektrónov, existujú iba dve miesta, kde sa elektróny nachádzajú v tejto molekule (v každej z dvojitých väzieb s kyslíkom). Odpudzovanie medzi elektrónmi je najmenšie, keď sú dvojité väzby na opačných stranách atómu uhlíka. Toto tvorí lineárnu molekulu, ktorá má väzbový uhol 180°.

Ako ďalší príklad zvážte uhličitanový ión CO₃^dva-. Rovnako ako v prípade oxidu uhličitého sú okolo centrálneho atómu uhlíka štyri páry valenčných elektrónov. Dva páry sú v jednoduchých väzbách s atómami kyslíka, zatiaľ čo dva páry sú súčasťou dvojitej väzby s atómom kyslíka. To znamená, že existujú tri miesta pre elektróny. Odpudzovanie medzi elektrónmi je minimalizované, keď atómy kyslíka tvoria rovnostranný trojuholník okolo atómu uhlíka. preto teória VSEPR predpovedá, že uhličitanový ión bude mať trigonálny rovinný tvar s uhlom väzby 120°.

Výnimky z teórie VSEPR

Teória odpudzovania elektrónových párov Valence Shell nie vždy predpovedá správnu geometriu molekúl. Príklady výnimiek zahŕňajú:

• molekuly prechodných kovov (napr. CrO₃je trigonálny bipyramídový, TiCl₄je štvorsten)
• nepárne elektrónové molekuly (CH₃je skôr rovinná ako trigonálna pyramída)
• nejaký AX_dvaA₀molekuly (napr. CaF_dvamá uhol väzby 145°)
• nejaký AX_dvaA_dvamolekuly (napr. Li_dvaO je skôr lineárny ako ohnutý)
• nejaký AX₆A₁molekuly (napr. XeF₆je oktaedrický a nie päťuholníkový pyramídový)
• nejaký AX₈A₁molekuly

Zdroj

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, s. 1315-1327, 'Päťdesiat rokov modelu VSEPR'