Teorija odbijanja elektronskih parov valenčne lupine

Razmerje med VSEPR in molekularno geometrijo

Teorijo VSEPR je mogoče uporabiti za napovedovanje tetraedrske geometrije molekule metana, prikazano. Getty Images/JC559

Teorija odbijanja elektronskih parov valenčne lupine (VSEPR) je molekularni model za napovedovanje geometrija atomov, ki sestavljajo a molekula kjer so elektrostatične sile med molekulami valenčni elektroni so zmanjšane okoli središča atom .

Teorija je znana tudi kot Gillespie–Nyholmova teorija po dveh znanstvenikih, ki sta jo razvila). Po mnenju Gillespieja, Paulijevo izključitveno načelo je pomembnejši pri določanju molekularne geometrije kot učinek elektrostatičnega odboja.

Po teoriji VSEPR je metan (CH₄) molekula je tetraeder, ker se vodikove vezi odbijajo in enakomerno porazdelijo okoli osrednjega ogljikovega atoma.

Uporaba VSEPR za napovedovanje geometrije molekul

Za napovedovanje geometrije molekule ne morete uporabiti molekularne strukture, lahko pa uporabite Lewisovo strukturo . To je osnova za teorijo VSEPR. Valenčni elektronski pari se naravno razporedijo tako, da bodo čim bolj oddaljeni drug od drugega. To zmanjša njihov elektrostatični odboj.

Vzemimo na primer BeF_dva. Če si ogledate Lewisovo strukturo za to molekulo, vidite, da je vsak atom fluora obdan s pari valenčnih elektronov, razen enega elektrona, ki ga ima vsak atom fluora in je vezan na osrednji atom berilija. Fluorovi valenčni elektroni se potegnejo čim bolj narazen ali za 180°, kar daje tej spojini linearno obliko.

Če dodate še en atom fluora, da dobite BeF₃, največ, kar lahko pari valenčnih elektronov dosežejo drug od drugega, je 120°, kar tvori trikotno ravninsko obliko.

Dvojne in trojne vezi v teoriji VSEPR

Molekularna geometrija je določena z možnimi lokacijami elektrona v valenčni lupini, ne s tem, koliko parov valenčnih elektronov je prisotnih. Če želite videti, kako deluje model za molekulo z dvojnimi vezmi, razmislite o ogljikovem dioksidu, CO_dva. Medtem ko ima ogljik štiri pare veznih elektronov, so elektroni v tej molekuli le na dveh mestih (v vsaki od dvojnih vezi s kisikom). Odboj med elektroni je najmanjši, če so dvojne vezi na nasprotnih straneh ogljikovega atoma. To tvori linearno molekulo, ki ima vezni kot 180°.

Za drug primer razmislite o karbonatnem ionu, CO₃^dva-. Tako kot pri ogljikovem dioksidu obstajajo štirje pari valenčnih elektronov okoli osrednjega ogljikovega atoma. Dva para sta v enojnih vezeh z atomi kisika, medtem ko sta dva para del dvojne vezi z atomom kisika. To pomeni, da obstajajo tri lokacije za elektrone. Odboj med elektroni je čim manjši, ko kisikovi atomi tvorijo enakostranični trikotnik okoli ogljikovega atoma. zato VSEPR teorija napoveduje, da bo karbonatni ion dobil trikotno ravninsko obliko z veznim kotom 120°.

Izjeme od teorije VSEPR

Teorija odboja valenčne lupine elektronskih parov ne napove vedno pravilne geometrije molekul. Primeri izjem vključujejo:

• molekule prehodnih kovin (npr. CrO₃je trigonalno bipiramidno, TiCl₄je tetraedričen)
• molekule neparnih elektronov (CH₃je planaren in ne trigonalno piramidalen)
• nekaj AX_dvaIN₀molekule (npr. CaF_dvaima vezni kot 145°)
• nekaj AX_dvaIN_dvamolekule (npr. Li_dvaO je linearen in ne upognjen)
• nekaj AX₆IN₁molekule (npr. XeF₆je oktaedričen in ne pentagonalno piramidalen)
• nekaj AX₈IN₁molekule

Vir

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, str. 1315-1327, 'Petdeset let modela VSEPR'