Valence Shell-elektronien parinpoiston teoria (VSEPR) on molekyylimalli ennustaa geometria atomien muodostavat a molekyyli jossa molekyylin väliset sähköstaattiset voimat valenssielektronit on minimoitu keskellä atomi.
Teoria tunnetaan myös nimellä Gillespie – Nyholm -teoria kahden sen kehittäneen tutkijan jälkeen). Gillespie: n mukaan Paulin poissulkemisperiaate on tärkeämpi määritettäessä molekyylin geometriaa kuin sähköstaattisen heikentymisen vaikutus.
VSEPR-teorian mukaan metaani (CH4) molekyyli on tetraedri, koska vety sidokset hylkivät toisiaan ja jakautuvat tasaisesti keskihiiliatomin ympärille.
VSEPR: n käyttäminen molekyylien geometrian ennustamiseen
Et voi käyttää molekyylirakennetta ennustaaksesi molekyylin geometriaa, vaikka voit käyttää sitä Lewisin rakenne. Tämä on VSEPR-teorian perusta. Valenssielektroni-parit järjestetään luonnollisesti siten, että ne ovat mahdollisimman kaukana toisistaan. Tämä minimoi niiden sähköstaattisen heijastuskyvyn.
Otetaan esimerkiksi BeF2. Jos tarkastelet tämän molekyylin Lewisin rakennetta, näet, että jokaista fluoriatomia ympäröi valenssi elektronipareja lukuun ottamatta yhtä elektronia, jokaisella fluoriatomilla on se, joka on sitoutunut keskiseen berylliumiin atomi. Fluorivalenssielektronit vetäytyvät mahdollisimman kauas toisistaan tai 180 °, mikä antaa tälle yhdisteelle lineaarisen muodon.
Jos lisäät toisen fluoriatomin valmistamaan BeF3, kauimpana valenssielektroni-parit voivat päästä toisistaan on 120 °, joka muodostaa trigonaalisen tasomaisen muodon.
Tupla- ja kolmoissidokset VSEPR-teoriassa
Molekyyligeometrian määrää elektronien mahdolliset sijainnit valenssikuoressa, ei sen perusteella, kuinka monta kuinka monta valenssielektroniparia on läsnä. Mieti, kuinka malli toimii kaksoissidoksilla varustetun molekyylin suhteen hiilidioksidi, CO2. Vaikka hiilellä on neljä paria sidoselektroneja, tässä molekyylissä on vain kahta kohtaa elektroneja (jokaisessa kaksoissidoksessa hapen kanssa). Heijastus elektronien välillä on vähiten, kun kaksoissidokset ovat hiiliatomin vastakkaisilla puolilla. Tämä muodostaa lineaarisen molekyylin, jolla on 180 ° sidoskulma.
Tarkastele toista esimerkkiä karbonaatti-ionista, CO32-. Kuten hiilidioksidilla, keskitetyn hiiliatomin ympärillä on neljä paria valenssielektroneja. Kaksi paria ovat yksisidoksissa happiatomien kanssa, kun taas kaksi paria ovat osa kaksoissidosta happiatomin kanssa. Tämä tarkoittaa, että elektroneilla on kolme sijaintia. Elektronien välinen heijastuminen minimoidaan, kun happiatomit muodostavat tasasivuisen kolmion hiiliatomin ympärille. Siksi, VSEPR-teoria ennustaa karbonaatti-ionin saavan trigonaalisen tasomaisen muodon, jonka sidoskulma on 120 °.
Poikkeukset VSEPR-teoriasta
Valence Shell-elektronipariparaistumisteoria ei aina ennusta molekyylien oikeaa geometriaa. Esimerkkejä poikkeuksista ovat:
- siirtymämetallimolekyylit (esim. CrO3 on trigonaalinen bipyramidaalinen, TiCl4 on tetraedrinen)
- parittomat elektronimolekyylit (CH3 on pikemminkin tasomainen kuin trigonaalinen)
- jotkut AX2E0 molekyylit (esim. CaF2 on sidoskulma 145 °)
- jotkut AX2E2 molekyylit (esim. Li2O on lineaarinen eikä taivutettu)
- jotkut AX6E1 molekyylit (esim. XeF6 on pikemminkin kahdeksankulmainen kuin viisikulmainen)
- jotkut AX8E1 molekyylit
Lähde
R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, s. 1315-1327, "Viisikymmentä vuotta VSEPR-mallia"