Teorija odbijanja elektronskog para u valentnoj ljusci (VSEPR) je molekularni model za predviđanje geometrija atoma koji čine a molekula gdje su elektrostatičke sile između molekula valentni elektroni minimalizirane su oko središnje atom.
Ova je teorija također poznata kao teorija Gillespie-Nyholma, nakon dvojice znanstvenika koji su je razvili). Prema Gillespieju, načelo isključenja iz Paulija za određivanje molekularne geometrije važniji je učinak elektrostatičke odbijanja.
Prema teoriji VSEPR, metan (CH4) molekula je tetraedar jer se vodikove veze međusobno odbijaju i ravnomjerno se raspoređuju oko središnjeg atoma ugljika.
Koristeći VSEPR za predviđanje geometrije molekula
Ne možete koristiti molekularnu strukturu za predviđanje geometrije molekule, iako možete koristiti struktura Lewisa. To je osnova za VSEPR teoriju. Valencijski elektronski parovi se prirodno raspoređuju tako da se nalaze što dalje jedan od drugog. To umanjuje njihovu elektrostatsku odbojnost.
Uzmimo za primjer BeF2. Ako pogledate Lewisovu strukturu za ovu molekulu, vidjet ćete da je svaki atom fluora okružen valentnošću parova elektrona, osim jednog elektrona koji ima svaki atom fluora koji je vezan na središnji berilij atom. Elektroni fluorne valencije povlače se što je moguće dalje ili 180 °, dajući ovom spoju linearni oblik.
Ako dodate još jedan atom fluora da biste napravili BeF3, najudaljeniji par parova valencije koji se može dobiti jedan od drugog je 120 °, koji tvori trokutni ravni oblik.
Dvostruke i trostruke veze u VSEPR teoriji
Molekularna geometrija određena je mogućim lokacijama elektrona u valentnoj ljusci, a ne prema broju parova valentnih elektrona. Da biste vidjeli kako model funkcionira za molekulu s dvostrukim vezama, razmislite ugljični dioksid, CO2. Iako ugljik ima četiri para elektrona koji se vežu, u ovoj se molekuli mogu naći samo dva elektrona (u svakoj od dvostrukih veza s kisikom). Odbijanje između elektrona je najmanje kad su dvostruke veze na suprotnim stranama atoma ugljika. Tako nastaje linearna molekula koja ima kut veze 180 °.
Za drugi primjer, razmotrimo karbonatni ion, CO32-. Kao i kod ugljičnog dioksida, i ovdje postoji četiri para valentnih elektrona oko središnjeg atoma ugljika. Dva para su u jednostrukim vezama s atomima kisika, dok su dva para dio dvostruke veze s atomom kisika. To znači da postoje tri mjesta za elektrone. Odbijanje između elektrona minimizira se kada atomi kisika tvore jednakostranični trokut oko ugljikovog atoma. Stoga, VSEPR teorija predviđa da će karbonatni ion poprimiti trokutni ravni oblik, kut veze od 120 °.
Izuzeci od VSEPR teorije
Teorija odbijanja elektronskog para valentne ljuske ne predviđa uvijek ispravnu geometriju molekula. Primjeri izuzetaka uključuju:
- molekule prijelaznih metala (npr. CrO3 je trigonalni bipiramidalni, TiCl4 je tetraedar)
- molekule neparnih elektrona (CH3 je ravan nego trigonski piramidalni)
- neki AX2E0 molekule (npr. CaF2 ima kut veze od 145 °)
- neki AX2E2 molekule (npr. Li2O je linearan, a ne savijen)
- neki AX6E1 molekule (npr. XeF6 je osmerostrana, a ne peterokutna piramidalna)
- neki AX8E1 molekule
Izvor
R. J. Gillespie (2008), Recenzije koordinacijske kemije, god. 252, str. 1315-1327, "Pedeset godina modela VSEPR"