Valences čaulas elektronu pāru atgrūšanas teorija (VSEPR) ir molekulārais modelis, lai prognozētu ģeometrija no atomiem, kas veido a molekula kur elektrostatiskie spēki starp molekulu valences elektroni tiek samazinātas ap centrālo atoms.
Pēc diviem zinātniekiem, kas to izstrādāja, teorija ir pazīstama arī kā Gillespie – Nyholm teorija. Pēc Gillespie teiktā, Paulu izslēgšanas princips ir svarīgāks molekulārās ģeometrijas noteikšanā nekā elektrostatiskās atgrūšanas efekts.
Saskaņā ar VSEPR teoriju metāns (CH4) molekula ir tetraedrs, jo ūdeņraža saites atgrūž viena otru un vienmērīgi izkliedējas ap centrālo oglekļa atomu.
VSEPR izmantošana molekulu ģeometrijas prognozēšanai
Jūs nevarat izmantot molekulāro struktūru, lai prognozētu molekulas ģeometriju, kaut arī jūs to varat izmantot Lūisa struktūra. Tas ir VSEPR teorijas pamats. Valences elektronu pāri dabiski sakārtojas tā, lai tie atrastos pēc iespējas tālāk viens no otra. Tas samazina to elektrostatisko atgrūšanos.
Ņemsim, piemēram, BeF2. Ja skatāties šīs molekulas Lūisa struktūru, jūs redzat, ka katrs fluora atoms ir ieskauts valencē elektronu pāri, izņemot vienu elektronu, kas katram fluora atomam ir piesaistīts centrālajam berilijam atoms. Fluora valences elektroni velk pēc iespējas tālāk vai par 180 °, piešķirot šim savienojumam lineāru formu.
Ja pievienojat vēl vienu fluora atomu, lai izveidotu BeF3, vistālāk valences elektronu pāri, ko var iegūt viens no otra, ir 120 °, kas veido trigonālu plakanu formu.
Divkāršās un trīskāršās obligācijas VSEPR teorijā
Molekulāro ģeometriju nosaka iespējamās elektronu atrašanās vietas valences apvalkā, nevis pēc tā, cik daudz valences elektronu pāru ir. Lai redzētu, kā modelis darbojas molekulā ar divkāršajām saitēm, ņemiet vērā oglekļa dioksīds, CO2. Kamēr ogleklis satur četrus saistošo elektronu pārus, šajā molekulā ir atrodami tikai divi elektroni (katrā no dubultsaitēm ar skābekli). Repulācija starp elektroniem ir vismazākā tad, ja dubultsaites atrodas oglekļa atoma pretējās pusēs. Tas veido lineāru molekulu, kurai ir 180 ° saites leņķis.
Citu piemēru apsveriet karbonāta jonu, CO32-. Tāpat kā oglekļa dioksīdā, ap centrālo oglekļa atomu ir četri valences elektronu pāri. Divi pāri ir vienreizējās saitēs ar skābekļa atomiem, savukārt divi pāri ir divkāršās saites ar skābekļa atomu daļa. Tas nozīmē, ka elektroniem ir trīs vietas. Replikācija starp elektroniem tiek samazināta līdz minimumam, kad skābekļa atomi veido vienādmalu trīsstūri ap oglekļa atomu. Tāpēc VSEPR teorija prognozē, ka karbonāta jons iegūst trigonālu plakanu formu ar 120 ° saites leņķi.
Izņēmumi no VSEPR teorijas
Valences čaulas elektronu pāra atgrūšanās teorija ne vienmēr paredz molekulu pareizo ģeometriju. Izņēmumu piemēri:
- pārejas metāla molekulas (piemēram, CrO3 ir trigonāli bipiramidāli, TiCl4 ir tetraedrisks)
- nepāra elektronu molekulas (CH3 ir plakana, nevis trigonāla piramīdveida)
- daži AX2E0 molekulas (piemēram, CaF2 savienojuma leņķis ir 145 °)
- daži AX2E2 molekulas (piemēram, Li2O ir lineāra, nevis saliekta)
- daži AX6E1 molekulas (piemēram, XeF6 ir astoņstūrains, nevis piecstūrains piramīdveida)
- daži AX8E1 molekulas
Avots
R.J. Gillespie (2008), Koordinācijas ķīmijas pārskati, 3. sēj. 252. lpp. 1315-1327, "VSEPR modeļa piecdesmit gadi"