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Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung (VSEPR)

Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung (VSEPR)

Die Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie ( VSEPR. ist ein molekulares Modell zur Vorhersage der Geometrie der Atome eines Moleküls, bei denen die elektrostatischen Kräfte zwischen den Valenzelektronen eines Moleküls um ein Zentralatom minimiert werden .

Die Theorie ist nach den beiden Wissenschaftlern, die sie entwickelt haben, auch als Gillespie-Nyholm-Theorie bekannt. Laut Gillespie ist das Pauli-Ausschlussprinzip für die Bestimmung der Molekülgeometrie wichtiger als der Effekt der elektrostatischen Abstoßung.

Nach der VSEPR-Theorie ist das Methan (CH 4 ) -Molekül ein Tetraeder, da sich die Wasserstoffbrückenbindungen gegenseitig abstoßen und sich gleichmäßig um das zentrale Kohlenstoffatom verteilen.

 

Verwendung von VSEPR zur Vorhersage der Geometrie von Molekülen

Sie können keine Molekülstruktur verwenden, um die Geometrie eines Moleküls vorherzusagen, obwohl Sie die Lewis-Struktur verwenden können. Dies ist die Grundlage für die VSEPR-Theorie. Die Valenzelektronenpaare sind natürlich so angeordnet, dass sie so weit wie möglich voneinander entfernt sind. Dies minimiert ihre elektrostatische Abstoßung.

Nehmen Sie zum Beispiel BeF 2 . Wenn Sie die Lewis-Struktur für dieses Molekül betrachten, 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 Fluorvalenzelektronen ziehen sich so weit wie möglich auseinander oder um 180 °, wodurch diese Verbindung eine lineare Form erhält.

Wenn Sie ein weiteres Fluoratom hinzufügen, um BeF 3 zu erhalten , können die Valenzelektronenpaare am weitesten voneinander entfernt 120 ° erreichen, was eine trigonale planare Form bildet.

 

Doppel- und Dreifachanleihen in der VSEPR-Theorie

Die Molekülgeometrie wird durch mögliche Positionen eines Elektrons in einer Valenzschale bestimmt, nicht durch die Anzahl der vorhandenen Valenzelektronenpaare. Um zu sehen, wie das Modell für ein Molekül mit Doppelbindungen funktioniert, betrachten Sie Kohlendioxid. CO 2 . Während Kohlenstoff vier Paare von Bindungselektronen aufweist, gibt es in diesem Molekül nur zwei Stellen, an denen Elektronen gefunden werden können (in jeder der Doppelbindungen mit Sauerstoff). Die Abstoßung zwischen den Elektronen ist am geringsten, wenn sich die Doppelbindungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kohlenstoffatoms befinden. Dies bildet ein lineares Molekül mit einem Bindungswinkel von 180 °.

Betrachten Sie als weiteres Beispiel das Carbonation CO 3 2- . Wie bei Kohlendioxid gibt es vier Valenzelektronenpaare 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 Stellen für Elektronen gibt. Die Abstoßung zwischen Elektronen wird minimiert, wenn die Sauerstoffatome ein gleichseitiges Dreieck um das Kohlenstoffatom bilden. Daher sagt die VSEPR-Theorie voraus, dass das Carbonation eine trigonale planare Form mit einem Bindungswinkel von 120 ° annehmen wird.

 

Ausnahmen von der VSEPR-Theorie

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

  • Übergangsmetallmoleküle (z. B. CrO 3 ist trigonal bipyramidal, TiCl 4 ist tetraedrisch)
  • ungerade Elektronenmoleküle (CH 3 ist eher planar als trigonal pyramidal)
  • einige AX 2 E 0 -Moleküle (z. B. CaF 2 hat einen Bindungswinkel von 145 °)
  • einige AX 2 E 2 -Moleküle (z. B. Li 2 O ist eher linear als gebogen)
  • einige AX 6 E 1 -Moleküle (z. B. ist XeF 6 eher oktaedrisch als fünfeckig pyramidenförmig)
  • einige AX 8 E 1 -Moleküle

Quelle

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

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