Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory

Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory (VSEPR) är en molekylär modell för att förutsäga geometri för atomerna som utgör en molekyl där de elektrostatiska krafterna mellan en molekyls valenselektroner minimeras runt en central atom.

Teorin är också känd som Gillespie-Nyholm teori, efter de två forskarna som utvecklade den). Enligt Gillespie är Pauli-uteslutningsprincipen viktigare för att bestämma molekylär geometri än effekten av elektrostatisk avstötning.

Enligt VSEPR-teorin är metan (CH₄) molekyl är en tetraeder eftersom vätebindningarna avvisar varandra och fördelar sig jämnt runt den centrala kolatomen.

Använda VSEPR för att förutsäga geometri av molekyler

Du kan inte använda en molekylstruktur för att förutsäga geometrin för en molekyl, även om du kan använda Lewis-strukturen. Detta är grunden för VSEPR-teorin. Valenselektronpar ordnar sig naturligtvis så att de kommer att ligga så långt från varandra som möjligt. Detta minimerar deras elektrostatiska avstötning.

Ta till exempel BeF₂. Om du ser Lewis-strukturen för denna molekyl ser du att varje fluoratom är omgiven av valenselektronpar, förutom den elektron som varje fluoratom har som är bunden till den centrala berylliumatomen. Fluorvalenselektronerna drar så långt ifrån varandra som möjligt eller 180 °, vilket ger denna förening en linjär form.

Om du lägger till en annan fluoratom för att göra BeF₃, längst är valenselektronpar från varandra 120 °, vilket bildar en trigonal plan form.

Dubbla och tredubbla obligationer i VSEPR-teorin

Molekylär geometri bestäms av möjliga platser för en elektron i ett valensskal, inte av hur många hur många par valenselektroner som finns. För att se hur modellen fungerar för en molekyl med dubbla bindningar, tänk koldioxid, CO₂. Medan kol har fyra par bindningselektroner finns det bara två platser som elektroner kan hittas i denna molekyl (i var och en av dubbelbindningarna med syre). Avstötning mellan elektronerna är minst när dubbelbindningarna är på motsatta sidor av kolatomen. Detta bildar en linjär molekyl som har en 180 ° bindningsvinkel.

För ett annat exempel, tänk på karbonatjonen, CO₃^2-. Liksom med koldioxid finns det fyra par valenselektroner runt den centrala kolatomen. Två par är i enkelbindningar med syreatomer, medan två par är del av en dubbelbindning med en syreatom. Det betyder att det finns tre platser för elektroner. Avstötning mellan elektroner minimeras när syreatomerna bildar en liksidig triangel runt kolatomen. Därför förutspår VSEPR-teorin att karbonatjonen kommer att ha en trigonal plan form med en bindningsvinkel på 120 °.

Undantag från VSEPR-teorin

Valence Shell Electron Pair Repulsion theory förutsäger inte alltid molekylers korrekta geometri. Exempel på undantag inkluderar:

• övergångsmetallmolekyler (t.ex. CrO₃ är trigonal bipyramidalt, TiCl₄ är tetraedralt)
• udda elektronmolekyler (CH₃ är plan snarare än trigonal pyramidala)
• lite AX₂E₀ molekyler (t.ex. CaF₂ har en bindningsvinkel på 145 °)
• lite AX₂E₂ molekyler (t.ex. Li₂O är linjär snarare än böjd)
• lite AX₆E₁ molekyler (t.ex. XeF₆ är oktaedriska snarare än femkantiga pyramidala)
• lite AX₈E₁ molekyler

Källa

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, s. 1315-1327, "Femtio år av VSEPR-modellen"