תורת הדחיית זוגות אלקטרונית של Valence Shell (VSEPR) הוא מודל מולקולרי לחיזוי גיאומטריה מהאטומים המרכיבים א מולקולה שם הכוחות האלקטרוסטטיים בין מולקולה אלקטרונים לערכיות ממוזערים סביב מרכזי אטום.
התיאוריה ידועה גם כתיאוריה של גילספי - Nyholm, על שם שני המדענים שפיתחו אותה). לדברי גילספי, עקרון ההדרה של פאולי חשובה יותר בקביעת הגיאומטריה המולקולרית מההשפעה של הדחייה אלקטרוסטטית.
על פי תיאוריית VSEPR, המתאן (CH4) מולקולה היא טטרהדררון מכיוון שקשרי המימן דוחים זה את זה ומתפזרים באופן שווה סביב אטום הפחמן המרכזי.
באמצעות VSEPR כדי לחזות גיאומטריה של מולקולות
אינך יכול להשתמש במבנה מולקולרי כדי לחזות את הגיאומטריה של מולקולה, אם כי אתה יכול להשתמש מבנה לואיס. זה הבסיס לתורת VSEPR. זוגות האלקטרונים של הערכיות מסדרים באופן טבעי כך שהם יהיו רחוקים זה מזה ככל האפשר. זה ממזער את ההדחה האלקטרוסטטית שלהם.
קח למשל את BeF2. אם אתה רואה את מבנה לואיס למולקולה זו, אתה רואה שכל אטום פלואור מוקף בערכיות זוגות אלקטרונים, למעט האלקטרון האחד שיש לכל אטום פלואור הקשור לבריליום המרכזי אטום. האלקטרונים של ערכי הפלואור מושכים רחוק ככל האפשר או 180 מעלות, ומעניקים לתרכובת זו צורה ליניארית.
אם אתה מוסיף אטום פלואור נוסף כדי ליצור את BeF3, הכי רחוק שזוגות האלקטרונים של הערך יכולים להגיע זה מזה הוא 120 °, המהווה צורה מישורית טריגונאלית.
איגרות חוב כפולות ומשולשות בתורת VSEPR
הגיאומטריה המולקולרית נקבעת על ידי מיקומים אפשריים של אלקטרון במעטפת ערכיות, לא על ידי כמה כמה זוגות אלקטרונים של ערכיות קיימים. כדי לראות כיצד המודל עובד עבור מולקולה עם קשרים כפולים, שקול פחמן דו חמצני, שיתוף2. בעוד שלפחמן יש ארבעה זוגות של אלקטרונים קשורים, ישנם רק שני מקומות שניתן למצוא אלקטרונים במולקולה זו (בכל אחד מהקשרים הכפולים עם חמצן). הדחה בין האלקטרונים היא הפחותה כאשר הקשרים הכפולים נמצאים בצדדים מנוגדים של אטום הפחמן. זה יוצר מולקולה ליניארית שיש לה זווית קשר של 180 מעלות.
לדוגמא אחרת, שקול את היון הפחמתי, CO32-. בדומה לפחמן דו חמצני, ישנם ארבעה זוגות של אלקטרונים ערכיים סביב אטום הפחמן המרכזי. שני זוגות נמצאים בקשרים יחידים עם אטומי חמצן, ואילו שני זוגות הם חלק מקשר כפול עם אטום חמצן. המשמעות היא שיש שלושה מיקומים לאלקטרונים. הדחה בין אלקטרונים ממוזערת כאשר אטומי החמצן יוצרים משולש שווה צלעות סביב אטום הפחמן. לכן, תיאוריית VSEPR מנבא כי יון הפחמתי ייקח צורה מישורית טריגונלית, עם זווית קשר של 120 מעלות.
חריגים מתורת VSEPR
תיאוריית הדחייה של זוגות אלקטרונים של Valence Shell לא תמיד מנבאת את הגיאומטריה הנכונה של מולקולות. דוגמאות לחריגים כוללות:
- מולקולות מתכת מעבר (למשל, CrO3 הוא דו-פירמידלי טריגונאלי, TiCl4 הוא טטרהדרלי)
- מולקולות אלקטרוניות משונות (CH3 הוא מישורית ולא פירמידאלית טריגונאלית)
- קצת AX2ה0 מולקולות (למשל, CaF2 יש זווית קשר של 145 °)
- קצת AX2ה2 מולקולות (למשל, Li2O הוא לינארי ולא כפוף)
- קצת AX6ה1 מולקולות (למשל, XeF6 הוא אוקטאהדרל ולא פירמידאלי מחומש)
- קצת AX8ה1 מולקולות
מקור
R.J. גילספי (2008), ביקורות כימיה לתיאום כרך א '. 252, עמ '. 1315-1327, "חמישים שנה מדגם ה- VSEPR"