Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie

Die Beziehung zwischen VSEPR und molekularer Geometrie

Die VSEPR-Theorie kann verwendet werden, um die gezeigte tetraedrische Geometrie eines Methanmoleküls vorherzusagen. Getty Images/JC559

Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie (VSEPR) ist ein molekulares Modell zur Vorhersage der Geometrie der Atome, aus denen a Molekül wo die elektrostatischen Kräfte zwischen einem Molekül Valenzelektronen werden um eine Mitte 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 wichtiger bei der Bestimmung der molekularen Geometrie 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.

Verwendung von VSEPR zur Vorhersage der Geometrie von Molekülen

Sie können eine molekulare Struktur nicht verwenden, um die Geometrie eines Moleküls vorherzusagen, obwohl Sie verwenden können die Lewis-Struktur . Dies ist die Grundlage für die VSEPR-Theorie. Die Valenzelektronenpaare ordnen sich natürlich so an, dass sie möglichst weit voneinander entfernt sind. Dies minimiert ihre elektrostatische Abstoßung.

Nehmen Sie zum Beispiel BeF_zwei. Wenn Sie sich die Lewis-Struktur dieses Moleküls ansehen, sehen Sie, dass jedes Fluoratom von Valenzelektronenpaaren umgeben ist, mit Ausnahme des einen Elektrons, das jedes Fluoratom hat und das an das zentrale Berylliumatom gebunden ist. Die Fluor-Valenzelektronen ziehen sich so weit wie möglich auseinander oder 180 °, was dieser Verbindung eine lineare Form verleiht.

Wenn Sie ein weiteres Fluoratom hinzufügen, um BeF herzustellen₃, der weiteste Abstand, den die Valenzelektronenpaare voneinander erreichen können, beträgt 120 °, was eine trigonale planare Form bildet.

Doppel- und Dreifachbindungen in der VSEPR-Theorie

Die Molekülgeometrie wird durch mögliche Positionen eines Elektrons in einer Valenzschale bestimmt, nicht dadurch, wie viele Paare von Valenzelektronen vorhanden sind. Um zu sehen, wie das Modell für ein Molekül mit Doppelbindungen funktioniert, betrachten Sie Kohlendioxid, CO_zwei. Während Kohlenstoff vier Paare von Bindungselektronen hat, gibt es in diesem Molekül nur zwei Stellen, an denen Elektronen zu finden sind (in jeder der Doppelbindungen mit Sauerstoff). Die Abstoßung zwischen den Elektronen ist am geringsten, wenn sich die Doppelbindungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kohlenstoffatoms befinden. Dadurch entsteht ein lineares Molekül mit einem Bindungswinkel von 180°.

Betrachten Sie als weiteres Beispiel das Karbonation CO₃^zwei-. 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 Orte für Elektronen gibt. Die Abstoßung zwischen Elektronen wird minimiert, wenn die Sauerstoffatome ein gleichseitiges Dreieck um das Kohlenstoffatom bilden. Deswegen, VSEPR-Theorie sagt voraus, dass das Carbonation eine trigonale planare Form mit einem Bindungswinkel von 120° annehmen wird.

Ausnahmen zur VSEPR-Theorie

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

• Übergangsmetallmoleküle (z. B. CrO₃ist trigonal bipyramidal, TiCl₄ist tetraedrisch)
• Moleküle mit ungeraden Elektronen (CH₃ist eher planar als trigonal-pyramidal)
• etwas AXT_zweiUND₀Moleküle (z. B. CaF_zweihat einen Bindungswinkel von 145°)
• etwas AXT_zweiUND_zweiMoleküle (z. B. Li_zweiO ist eher linear als gebogen)
• etwas AXT₆UND₁Moleküle (z. B. XeF₆ist eher oktaedrisch als fünfeckig pyramidenförmig)
• etwas AXT₈UND₁Moleküle

Quelle

RJ Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, S. 1315-1327, „Fünfzig Jahre VSEPR-Modell“