VSEPR
VSEPRVSEPR (ang. Valence Shell Electron Pair Repulsion 'koncepcja odpychania par elektronowych powłoki walencyjnej' bądź też 'odpychanie par elektronowych powłoki walencyjnej'). Metoda ta została opracowana w
1940
roku przez Nevila Vincenta Sidgwicka i H.M.
Powella
. Według niej o budowie przestrzennej cząsteczki decyduje łączna liczba
elektronów walencyjnych
wokół
atomu centralnego
oraz orientacja przestrzenna
obszarów orbitalnych
, w których mieszczą się te
elektrony
. Teoria VSEPR zakłada, że pary elektronów są rozmieszczone wokół atomu centralnego tak, aby siły wzajemnego odpychania były możliwie jak najmniejsze, przy czym w sumarycznym efekcie wszystkich odpychań istotny jest udział wolnych (niewiążących) i wiążących par elektronowych. Najsłabiej odpychają się pary wiążące, potem para wiążąca z wolną parą elektronową, a najsilniej dwie wolne pary elektronowe. Inaczej mówiąc, jeżeli odległości par decydujących o geometrii cząsteczki są maksymalne, to w zależności od liczby tych par powstają pewne uprzywilejowane struktury o charakterystycznym rozmieszczeniu wolnych i wiążących par elektronowych na wyróżnionych kierunkach wokół atomu centralnego. Regularne kształty cząsteczek powstają tylko wtedy, gdy wszystkie pary elektronów wiążących zostaną wykorzystane do związania takich samych atomów. Występowanie w cząsteczce różnych
ligandów
wokół atomu centralnego i niewiążących par elektronowych zaburza idealne struktury, np. wraz z rosnącą liczbą wolnych par elektronowych może następować zmiana kąta wiązania. W niektórych przypadkach metoda VSEPR nie nadaje się do przewidywania budowy przestrzennej związków, gdyż nie prowadzi do prawidłowego opisu ich struktury, np. nie jest wygodne zastosowanie jej do opisu budowy cząsteczek zawierających
wiązania zdelokalizowane
. Dokładniejsze omówienie metodyWłaściwości i geometrię cząsteczek typu ABn można opisać, przyjmując że: - A jest atomem centralnym i n atomów B (jednakowych bądź różnych), zwanych roboczo ligandami, uczestniczy w tworzeniu orbitali molekularnych z atomem A
- cząsteczka zawiera pierwiastki grup głównych
układu okresowego
- hybrydyzacji ulegają orbitale atomu centralnego A
- jeżeli cząsteczka zawiera więcej niż jeden atom centralny to
hybrydyzacji
ulegają wszystkie atomy centralne (jak np. C w etenie CH2=CH2)
Wśród elektronów walencyjnych atomu centralnego wyróżnia się: - wolne pary elektronowe danego atomu (zlokalizowane w polu jednego jądra) - stanowią pary niewiążące
- elektrony, które są wspólne dla dwóch sąsiadujących atomów - stanowią pary wiążące (pary zlokalizowane w polu dwóch sąsiadujących jąder)
Wśród par wiążących wyróżnić można pary σ i pary π, które mogą tworzyć: - wiązania typu σ (o symetrii względem osi łączącej jądra)
- wiązania typu π (o obszarze orbitalnym złożonym z dwóch fragmentów leżących poza osią łączącą jądra)
Określonym wartościom liczby przestrzennej oznaczanej symbolem Lp, równej liczbie orbitali zhybrydyzowanych (LH), odpowiada określona geometria cząsteczka. O kształcie cząsteczki decyduje liczba wiążących par elektronowych (PW) i wolnych par elektronowych (WPE). Ich suma wskazuje typ hybrydyzacji, a tym samym podstawowy wielościan koordynacyjny, którego naroża zajmują atomy lub wolne pary elektronowe:
gdzie: - σPW - liczba par elektronowych tworzących wiązanie a; wynosi ona tyle, ile atomów B jest przyłączonych do atomu centralnego A. Przykład: dla PCl5 σPW = 5, dla H2O σPW = 2, dla COCl2 σPW = 3,
- WPE - liczba wolnych par elektronowych atomu centralnego; oblicza się ją odejmując od liczby elektronów walencyjnych atomu centralnego A, taką liczbę elektronów, jaka jest potrzebna do uzupełnienia konfiguracji wszystkich atomów B i dzieli przez 2, czyli WPE = 1/2 [liczby elektronów walencyjnych atomu A pomniejszona o liczbę elektronów potrzebną do uzupełnienia oktetów (lub dubletów dla wodoru) dla n atomów B]. Dla
jonów
ujemnych zwiększa się, a dla jonów dodatnich zmniejsza się liczbę elektronów walencyjnych o ładunek jonu. Przykład: Dla H2O WPE = (6 − 2) / 2 = 2, dla SO42- WPE = (6 + 2 − 8) / 2 = 0
Wartość liczby przestrzennej możemy ustalić: - ze wzoru elektronowego cząsteczki
- lub przez obliczenie:
- najpierw liczby wolnych par elektronowych atomu centralnego,
- a następnie liczby przestrzennej,
- ostatni etap opisu budowy przestrzennej cząsteczki opiera się na fakcie, że do każdej wartości Lp jest przyporządkowana charakterystyczna struktura przestrzenna. Można więc powiedzieć, że przestrzenna budowa cząsteczki, a zatem kierunki, w jakich ustawiają się ligandy i wolne pary elektronowe, są określone liczbą przestrzenną.
Zależność między liczbą wolnych i wiążących par elektronowych a kształtem cząsteczki według modelu VSEPR zebrano w tabeli:
Typ Cząsteczki:
A - atom centralny X - ligandy E - wolne pary elektronowe | Liczba przestrzenna | Typ hybrydyzacji | Kształt cząsteczki | Rozmieszczenie elektronów
(na żółto zaznaczono wolne pary elektronowe) | Geometria cząsteczki | Przykłady |
---|
AX1En | | | cząsteczka dwuatomowa | | | HF, O2 |
---|
AX2E0 | 2 | sp |
linia
| | | BeCl2, HgCl2, CO2 |
---|
AX2E1 | 3 | sp2 | Kształt litery V | | | NO2−, SO2, O3 |
---|
AX2E2 | 4 | sp3 | Kształt litery V | | | H2O, OF2 |
---|
AX2E3 | 5 | sp3d |
linia
| | | XeF2, I3− |
---|
AX3E0 | 3 | sp2 |
trójkąt równoboczny
| | | BF3, CO32−, NO3−, SO3 |
---|
AX3E1 | 4 | sp3 |
piramida trygonalna
| | | NH3, PCl3 |
---|
AX3E2 | 5 | sp3d | kształt litery T | | | ClF3, BrF3 |
---|
AX4E0 | 4 | sp3 |
tetraedr
| | | CH4, PO43−, SO42−, ClO4− |
---|
AX4E1 | 5 | sp3d | nieregularny
tetraedr
| | | SF4 |
---|
AX4E2 | 6 | sp3d2 |
kwadrat, płaski
| | | XeF4 |
---|
AX5E0 | 5 | sp3d | bipiramida trygonalna | | | PCl5 |
---|
AX5E1 | 6 | sp3d2 | bipiramida
kwadratowa
| | | ClF5, BrF5 |
---|
AX6E0 | 6 | sp3d2 |
oktaedr
| | | SF6 |
---|
AX6E1 | 7 | sp3d3 | piramida pentagonalna | | | XeF6 |
---|
AX7E0 | 7 | sp3d3 | bipiramida pentagonalna | | | IF7 |
---|
Poniżej podano przykłady obliczeń odpowiednich parametrów, dzięki którym, przy zastosowaniu metody VSEPR, można określić budowę cząsteczki: Atom centralny | Wolne pary elektronowe | Liczba przestrzenna
Lp= PW + WPE | typ hybrydyzacji | kształt |
---|
C w CH4 | (4-4x1)/2 = 0 | 4+0=4 | sp3 | Tetraedr | O w H2O | (6-2x1)/2=2 | 2+2=4 | sp3 | Kształt litery V | N w NH3 | (5-3x1)/2=1 | 3+1=4 | sp3 | Piramida trygonalna | S w SO2 | (6-2x2)/2=1 | 2+1=3 | sp2 | Kształt litery V | C w CO32- | (4-3x2+2)/2=0 | 3+0=3 | sp2 | trójkąt równoboczny | C w CO2 | (4-2x2)/2=0 | 2+0=2 | sp | liniowa |
Inne hasła zawierające informacje o "VSEPR":
Kwas siarkowy(VI)
Kwas siarkowy(VI)Ogólne informacjeNomenklatura systematyczna (
IUPAC
):dihydroksydodioksydosiarkaInne nazwykwas siarkowy
witriol
kwas tetraoksosiarkowyWzór sumarycznyH2SO4
SMILES
(O[H])(=O)(=O)O[H]
Masa molowa
98,08
g
/
mol
Wyglądbezbarwna lub lekko żółta, klarowna, gęsta, oleista cieczIdentyfikacja
Numer CAS
7664-93-9
PubChem
1118Właściwości
Gęstość
i ...
Metan
...
Dwutlenek węgla
...
Czterochlorek węgla
...
Grupa aldehydowa
...
Aldehyd octowy
...
Chloroetan
...
Etan
...
Tlenek azotu(IV)
...
Amoniak
...
Inne lekcje zawierające informacje o "VSEPR":
Alkany, alkeny, alkiny (plansza 18)
także trzy hybrydy sp. Ustawiają się one w przestrzeni (zgodnie z teorią VSEPR) na płaszczyźnie, w narożach trójkąta równobocznego. Hybrydyzację sp2 nazywamy trójkątną płaską ...
Wiązania chemiczne w świetle mechaniki kwantowej (plansza 28)
e height=434 width=770 >
Metoda VSEPR
Metoda ta zakłada, ze budowa przestrzenna cząsteczki zależy od łącznej liczby elektronów ...
|