Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung (VSEPR)

Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie (VSEPR) ist ein molekulares Modell zur Vorhersage der Geometrie der Atome, aus denen a besteht Molekül wo die elektrostatischen Kräfte zwischen einem Molekül Valenzelektronen werden um eine zentrale minimiert Atom.

Die Theorie ist nach den beiden Wissenschaftlern, die sie entwickelt haben, auch als Gillespie-Nyholm-Theorie bekannt. Laut Gillespie das Pauli-Ausschlussprinzip ist bei der Bestimmung der Molekülgeometrie wichtiger als der Effekt der elektrostatischen Abstoßung.

Nach der VSEPR-Theorie ist das Methan (CH₄) Molekül ist ein Tetraeder, weil sich die Wasserstoffbrückenbindungen gegenseitig abstoßen und sich gleichmäßig um das zentrale Kohlenstoffatom verteilen.

Sie können keine Molekülstruktur verwenden, um die Geometrie eines Moleküls vorherzusagen, obwohl Sie dies verwenden können die Lewis-Struktur. Dies ist die Grundlage für die VSEPR-Theorie. Die Valenzelektronenpaare sind natürlich so angeordnet, dass sie so weit wie möglich voneinander entfernt sind. Dies minimiert ihre elektrostatische Abstoßung.

Nehmen Sie zum Beispiel BeF₂. Wenn Sie die Lewis-Struktur für dieses Molekül betrachten, sehen Sie, dass jedes Fluoratom von Valenz umgeben ist Elektronenpaare, mit Ausnahme des einen Elektrons, das jedes Fluoratom hat und das an das zentrale Beryllium gebunden ist Atom. Die Fluorvalenzelektronen ziehen sich so weit wie möglich auseinander oder um 180 °, wodurch diese Verbindung eine lineare Form erhält.

Wenn Sie ein weiteres Fluoratom hinzufügen, um BeF herzustellen₃Das Valenzelektronenpaar, das am weitesten voneinander entfernt sein kann, beträgt 120 °, was eine trigonale planare Form bildet.

Die Molekülgeometrie wird durch mögliche Positionen eines Elektrons in einer Valenzschale bestimmt, nicht durch die Anzahl der vorhandenen Valenzelektronenpaare. Betrachten Sie, wie das Modell für ein Molekül mit Doppelbindungen funktioniert Kohlendioxid, CO₂. Während Kohlenstoff vier Paare von Bindungselektronen aufweist, gibt es in diesem Molekül nur zwei Stellen, an denen Elektronen gefunden werden können (in jeder der Doppelbindungen mit Sauerstoff). Die Abstoßung zwischen den Elektronen ist am geringsten, wenn sich die Doppelbindungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kohlenstoffatoms befinden. Dies bildet ein lineares Molekül mit einem Bindungswinkel von 180 °.

Betrachten Sie als weiteres Beispiel das Carbonation CO₃^2-. Wie bei Kohlendioxid gibt es vier Paare von Valenzelektronen um das zentrale Kohlenstoffatom. Zwei Paare sind in Einfachbindungen mit Sauerstoffatomen, während zwei Paare Teil einer Doppelbindung mit einem Sauerstoffatom sind. Dies bedeutet, dass es drei Stellen für Elektronen gibt. Die Abstoßung zwischen Elektronen wird minimiert, wenn die Sauerstoffatome ein gleichseitiges Dreieck um das Kohlenstoffatom bilden. Deshalb, VSEPR-Theorie sagt voraus, dass das Carbonation eine trigonale planare Form mit einem Bindungswinkel von 120 ° annehmen wird.

Die Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie sagt nicht immer die korrekte Geometrie von Molekülen voraus. Beispiele für Ausnahmen sind:

• Übergangsmetallmoleküle (z. B. CrO₃ ist trigonal bipyramidal, TiCl₄ ist tetraedrisch)
• ungerade Elektronenmoleküle (CH₃ ist eher planar als trigonal pyramidal)
• etwas AXT₂E.₀ Moleküle (z. B. CaF₂ hat einen Bindungswinkel von 145 °)
• etwas AXT₂E.₂ Moleküle (z. B. Li₂O ist eher linear als gebogen)
• etwas AXT₆E.₁ Moleküle (z. B. XeF₆ ist eher oktaedrisch als fünfeckig pyramidenförmig)
• etwas AXT₈E.₁ Moleküle

Quelle

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, pp. 1315-1327, "Fünfzig Jahre des VSEPR-Modells"