Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory

Forholdet mellom VSEPR og molekylær geometri

VSEPR-teori kan brukes til å forutsi den tetraedriske geometrien til et metanmolekyl, vist. Getty Images/JC559

Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory (VSEPR) er en molekylær modell for å forutsi geometri av atomene som utgjør en molekyl hvor de elektrostatiske kreftene mellom et molekyls valenselektroner er minimert rundt en sentral atom .

Teorien er også kjent som Gillespie-Nyholm-teorien, etter de to forskerne som utviklet den). I følge Gillespie, Pauli eksklusjonsprinsippet er viktigere for å bestemme molekylær geometri enn effekten av elektrostatisk frastøtning.

I følge VSEPR-teorien er metanet (CH₄) molekylet er et tetraeder fordi hydrogenbindingene frastøter hverandre og fordeler seg jevnt rundt det sentrale karbonatomet.

Bruke VSEPR for å forutsi geometri av molekyler

Du kan ikke bruke en molekylstruktur til å forutsi geometrien til et molekyl, selv om du kan bruke Lewis-strukturen . Dette er grunnlaget for VSEPR-teori. Valenselektronparene ordner seg naturlig slik at de vil være så langt fra hverandre som mulig. Dette minimerer deres elektrostatiske frastøting.

Ta for eksempel BeF_to. Hvis du ser på Lewis-strukturen for dette molekylet, ser du at hvert fluoratom er omgitt av valenselektronpar, bortsett fra det ene elektronet hvert fluoratom har som er bundet til det sentrale berylliumatomet. Fluorvalenselektronene trekker seg så langt fra hverandre som mulig eller 180°, noe som gir denne forbindelsen en lineær form.

Hvis du legger til et annet fluoratom for å lage BeF₃, det lengste valenselektronparene kan komme fra hverandre er 120°, som danner en trigonal plan form.

Dobbelt- og trippelbindinger i VSEPR-teori

Molekylær geometri bestemmes av mulige plasseringer av et elektron i et valensskall, ikke av hvor mange par valenselektroner som er tilstede. For å se hvordan modellen fungerer for et molekyl med dobbeltbindinger, bør du vurdere karbondioksid, CO_to. Mens karbon har fire par bindingselektroner, er det bare to steder elektroner kan finnes i dette molekylet (i hver av dobbeltbindingene med oksygen). Frastøting mellom elektronene er minst når dobbeltbindingene er på motsatte sider av karbonatomet. Dette danner et lineært molekyl som har en bindingsvinkel på 180°.

For et annet eksempel, tenk på karbonation, CO₃^to-. Som med karbondioksid er det fire par valenselektroner rundt det sentrale karbonatomet. To par er i enkeltbindinger med oksygenatomer, mens to par er en del av en dobbeltbinding med et oksygenatom. Dette betyr at det er tre steder for elektroner. Frastøting mellom elektroner minimeres når oksygenatomene danner en likesidet trekant rundt karbonatomet. Derfor, VSEPR teori forutsier at karbonationet vil ha en trigonal plan form, med en bindingsvinkel på 120°.

Unntak fra VSEPR-teori

Valence Shell Electron Pair Repulsion teorien forutsier ikke alltid riktig geometri av molekyler. Eksempler på unntak inkluderer:

• overgangsmetallmolekyler (f.eks. CrO₃er trigonal bipyramidal, TiCl₄er tetraedrisk)
• oddetallselektronmolekyler (CH₃er plan i stedet for trigonal pyramideformet)
• noen AX_toOG₀molekyler (f.eks. CaF_tohar en bindingsvinkel på 145°)
• noen AX_toOG_tomolekyler (f.eks. Li_toO er lineær i stedet for bøyd)
• noen AX₆OG₁molekyler (f.eks. XeF₆er åttekantet i stedet for femkantet pyramideformet)
• noen AX₈OG₁molekyler

Kilde

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, s. 1315-1327, 'Femti år med VSEPR-modellen'