Valence Shell elektronų poros atstūmimo teorija

Ryšys tarp VSEPR ir molekulinės geometrijos

VSEPR teorija gali būti naudojama metano molekulės tetraedrinei geometrijai numatyti, parodyta. Getty Images / JC559

Valence Shell elektronų poros atstūmimo teorija (VSEPR) yra molekulinis modelis, skirtas prognozuoti geometrija atomų, sudarančių a molekulė kur elektrostatinės jėgos tarp molekulės valentiniai elektronai yra iki minimumo sumažinti aplink centrinį atomas .

Ši teorija taip pat žinoma kaip Gillespie-Nyholm teorija, remiantis dviejų ją sukūrusių mokslininkų vardu). Pasak Gillespie, Pauli išskyrimo principas yra svarbesnis nustatant molekulinę geometriją nei elektrostatinės atstūmimo efektas.

Pagal VSEPR teoriją metanas (CH₄) molekulė yra tetraedras, nes vandenilio ryšiai atstumia vienas kitą ir tolygiai pasiskirsto aplink centrinį anglies atomą.

VSEPR naudojimas norint nuspėti molekulių geometriją

Negalite naudoti molekulinės struktūros, kad nuspėtumėte molekulės geometriją, nors galite naudoti Lewiso struktūra . Tai yra VSEPR teorijos pagrindas. Valentinių elektronų poros natūraliai išsidėsto taip, kad būtų kuo toliau viena nuo kitos. Tai sumažina jų elektrostatinį atstūmimą.

Paimkite, pavyzdžiui, BeF_du. Jei žiūrite į šios molekulės Lewiso struktūrą, matote, kad kiekvienas fluoro atomas yra apsuptas valentinių elektronų porų, išskyrus vieną elektroną, kurį turi kiekvienas fluoro atomas, kuris yra prijungtas prie centrinio berilio atomo. Fluoro valentiniai elektronai traukiasi kuo toliau vienas nuo kito arba 180° kampu, suteikdami šiam junginiui linijinę formą.

Jei pridėsite kitą fluoro atomą, kad susidarytumėte BeF₃, toliausiai valentinių elektronų poros viena nuo kitos yra 120°, o tai sudaro trikampę plokštuminę formą.

Dvigubos ir trigubos obligacijos VSEPR teorijoje

Molekulinė geometrija nustatoma pagal galimas elektrono vietas valentiniame apvalkale, o ne pagal tai, kiek valentinių elektronų porų yra. Norėdami pamatyti, kaip modelis veikia molekulėje su dvigubomis jungtimis, apsvarstykite anglies dioksidą, CO_du. Nors anglis turi keturias jungiamųjų elektronų poras, šioje molekulėje elektronų galima rasti tik dviejose vietose (kiekvienoje iš dvigubų ryšių su deguonimi). Atstūmimas tarp elektronų yra mažiausias, kai dvigubos jungtys yra priešingose ​​anglies atomo pusėse. Taip susidaro linijinė molekulė, kurios jungties kampas yra 180°.

Kitu pavyzdžiu apsvarstykite karbonato joną CO₃^du-. Kaip ir anglies dioksido atveju, aplink centrinį anglies atomą yra keturios valentinių elektronų poros. Dvi poros yra pavieniuose ryšiuose su deguonies atomais, o dvi poros yra dvigubos jungties su deguonies atomu dalis. Tai reiškia, kad elektronams yra trys vietos. Atstūmimas tarp elektronų yra sumažintas, kai deguonies atomai sudaro lygiakraštį trikampį aplink anglies atomą. Todėl, VSEPR teorija prognozuoja, kad karbonato jonas įgis trikampio plokštumos formą su 120° ryšio kampu.

VSEPR teorijos išimtys

Valence Shell elektronų poros atstūmimo teorija ne visada numato teisingą molekulių geometriją. Išimčių pavyzdžiai:

• pereinamojo metalo molekulės (pvz., CrO₃yra trigonalinis bipiramidinis, TiCl₄yra tetraedrinis)
• nelyginių elektronų molekulės (CH₃yra plokštuminė, o ne trikampė piramidinė)
• kažkoks AX_duIR₀molekulės (pvz., CaF_dusujungimo kampas yra 145°)
• kažkoks AX_duIR_dumolekulės (pvz., Li_duO yra tiesinis, o ne sulenktas)
• kažkoks AX₆IR₁molekulės (pvz., XeF₆yra aštuonkampė, o ne penkiakampė piramidinė)
• kažkoks AX₈IR₁molekules

Šaltinis

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, p. 1315–1327, „VSEPR modelio penkiasdešimt metų“