Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory

De relatie tussen VSEPR en moleculaire geometrie

VSEPR-theorie kan worden gebruikt om de tetraëdrische geometrie van een methaanmolecuul te voorspellen, weergegeven. Getty Images/JC559

Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory (VSEPR) is een moleculair model om de geometrie van de atomen waaruit a . bestaat molecuul waarbij de elektrostatische krachten tussen de van een molecuul valentie-elektronen zijn geminimaliseerd rond een centrale atoom .

De theorie staat ook bekend als de Gillespie-Nyholm-theorie, naar de twee wetenschappers die het hebben ontwikkeld). Volgens Gillespie het Pauli-uitsluitingsprincipe is belangrijker bij het bepalen van de moleculaire geometrie dan het effect van elektrostatische afstoting.

Volgens de VSEPR-theorie is het methaan (CH₄) molecuul is een tetraëder omdat de waterstofbruggen elkaar afstoten en zich gelijkmatig rond het centrale koolstofatoom verdelen.

VSEPR gebruiken om de geometrie van moleculen te voorspellen

Je kunt een moleculaire structuur niet gebruiken om de geometrie van een molecuul te voorspellen, hoewel je wel kunt gebruiken de Lewis-structuur . Dit is de basis voor de VSEPR-theorie. De valentie-elektronenparen zijn van nature zo gerangschikt dat ze zo ver mogelijk van elkaar verwijderd zijn. Dit minimaliseert hun elektrostatische afstoting.

Neem bijvoorbeeld BeF_twee. Als je de Lewis-structuur voor dit molecuul bekijkt, zie je dat elk fluoratoom is omgeven door valentie-elektronenparen, behalve het ene elektron dat elk fluoratoom heeft dat is gebonden aan het centrale berylliumatoom. De fluorvalentie-elektronen trekken zo ver mogelijk uit elkaar of 180°, waardoor deze verbinding een lineaire vorm krijgt.

Als je nog een fluoratoom toevoegt om BeF . te maken₃, het verst dat de valentie-elektronenparen van elkaar kunnen krijgen, is 120 °, wat een trigonale vlakke vorm vormt.

Dubbele en drievoudige obligaties in VSEPR-theorie

Moleculaire geometrie wordt bepaald door mogelijke locaties van een elektron in een valentieschil, niet door hoeveel paren valentie-elektronen aanwezig zijn. Om te zien hoe het model werkt voor een molecuul met dubbele bindingen, overweeg dan koolstofdioxide, CO_twee. Terwijl koolstof vier paar bindingselektronen heeft, zijn er slechts twee plaatsen waar elektronen in dit molecuul kunnen worden gevonden (in elk van de dubbele bindingen met zuurstof). Afstoting tussen de elektronen is het minst wanneer de dubbele bindingen zich aan weerszijden van het koolstofatoom bevinden. Dit vormt een lineair molecuul met een bindingshoek van 180°.

Beschouw voor een ander voorbeeld het carbonaat-ion, CO₃^twee-. Net als bij koolstofdioxide zijn er vier paar valentie-elektronen rond het centrale koolstofatoom. Twee paar zijn in enkele bindingen met zuurstofatomen, terwijl twee paar deel uitmaken van een dubbele binding met een zuurstofatoom. Dit betekent dat er drie locaties zijn voor elektronen. Afstoting tussen elektronen wordt geminimaliseerd wanneer de zuurstofatomen een gelijkzijdige driehoek rond het koolstofatoom vormen. Daarom, VSEPR-theorie voorspelt dat het carbonaation een trigonale vlakke vorm zal aannemen, met een bindingshoek van 120 °.

Uitzonderingen op VSEPR-theorie

Valence Shell Electron Pair Repulsion-theorie voorspelt niet altijd de juiste geometrie van moleculen. Voorbeelden van uitzonderingen zijn:

• overgangsmetaalmoleculen (bijv. CrO₃is trigonaal bipyramidaal, TiCl₄is tetraëdrisch)
• oneven-elektron moleculen (CH₃vlak is in plaats van trigonaal piramidaal)
• sommige AX_tweeEN₀moleculen (bijv. CaF_tweeheeft een bindingshoek van 145°)
• sommige AX_tweeEN_tweemoleculen (bijv. Li_tweeO is lineair in plaats van gebogen)
• sommige AX₆EN₁moleculen (bijv. XeF₆is octaëdrisch in plaats van vijfhoekig piramidaal)
• sommige AX₈EN₁moleculen

Bron

RJ Gillespie (2008), Coördinatie Chemie Reviews vol. 252, pp. 1315-1327, 'Vijftig jaar VSEPR-model'