1.7 : نظرية VSEPR

The valence shell electron-pair repulsion, or VSEPR, theory assumes that electron groups involved in single bonds, multiple bonds, or lone pairs repel each other and try to stay at the maximum possible distance from each other.

The molecular geometry is dictated by the arrangement of various electron groups around the central atom.

There are five basic molecular shapes: linear for two bonding electron groups, trigonal planar for three, tetrahedral for four, trigonal bipyramidal for five, and octahedral for six.

While predicting the molecular geometry, remember that lone pair–lone pair repulsions are greater than lone pair–bonding pair and bonding pair–bonding pair repulsions.

Consider the Lewis structures of methane, ammonia, and water. In each, the central atom is surrounded by four electron groups.

In methane, the four bonding electron pairs are arranged tetrahedrally with an ideal H–C–H angle of 109.5°.

In ammonia, the nitrogen atom has three bonding pairs and one lone pair.

The lone pair of electrons occupies a larger space than the bonding pairs. This is because a lone pair is bound to only one nucleus, whereas a bonding electron group is shared by two nuclei.

The H–N–H bond angles are smaller than the expected tetrahedral angle of 109.5°, as observed in methane. This compression of the bond angle is attributed to the repulsive force exerted by a lone pair on the adjacent bonding electron groups.

The arrangement of electron pairs is called electron-pair geometry. The molecular geometry describes the arrangement of the atoms, and differs from the electron-pair geometry. The electron-pair geometry for ammonia is tetrahedral, whereas the molecular shape is trigonal pyramidal.

A water molecule also has four electron groups around the central atom. The electron pair geometry is also tetrahedral with two bonding electron groups and two lone pairs.

The greater repulsion exerted by two lone pairs further compresses the H–O–H bond angle in water molecules. It is much smaller than the ideal tetrahedral bond angle, and the molecular geometry is bent.

تمكننا نظرية تنافر زوج الإلكترون من غلاف التكافؤ (نظرية VSEPR) من التنبؤ بالبنية الجزيئية حول الذرة المركزية من خلال فحص عدد الروابط وأزواج الإلكترونات الأحادية في بنية لويس. يفترض نموذج VSEPR أن أزواج الإلكترونات في غلاف التكافؤ للذرة المركزية ستتبنى ترتيبًا يقلل من التنافر بين أزواج الإلكترون هذه عن طريق زيادة المسافة بينها إلى الحد الأقصى. تشكل الإلكترونات الموجودة في غلاف التكافؤ للذرة المركزية إما أزواجًا مترابطة، تقع بشكل أساسي بين الذرات المرتبطة، أو أزواج وحيدة.

يتم توجيه منطقتين من الكثافة الإلكترونية في الجزيء خطيًا على جانبي الذرة المركزية لتقليل التنافر. وبالمثل، يتم ترتيب ثلاث مجموعات إلكترونية في شكل مثلثي مستوٍ، وأربع مجموعات إلكترونية تشكل رباعي الأوجه، وخمس مجموعات إلكترونية تفضل الشكل الهرمي ثنائي القاعدة المثلثي، في حين أن ست مجموعات من هذه المجموعات موجهة بشكل ثماني الأوجه.

من المهم أن نلاحظ أن هندسة أزواج الإلكترونات حول الذرة المركزية ليست دائمًا نفس بنيتها الجزيئية. تصف هندسة أزواج الإلكترونات جميع المناطق التي توجد فيها الإلكترونات في الجزيء، في روابط وكذلك في أزواج وحيدة. يصف التركيب الجزيئي موقع الذرات في الجزيء، وليس الإلكترونات. وبالتالي، فإن هندسة أزواج الإلكترونات هي نفس البنية الجزيئية فقط عندما لا يكون هناك أزواج إلكترونات وحيدة حول الذرة المركزية.

يشغل زوج وحيد من الإلكترونات مساحة أكبر من زوج الترابط؛ وذلك لأن الزوج الوحيد يرتبط بنواة واحدة فقط، في حين أن مجموعة الإلكترونات الرابطة تتقاسمها نواتان. وبالتالي، فإن عمليات التنافر بين زوج وحيد وزوج وحيد أكبر من زوج الترابط الزوجي الوحيد وتنافر زوج الترابط الزوجي.

وفقًا لنظرية VSEPR، فإن مواقع الذرة الطرفية متكافئة في الأشكال الهندسية لزوج الإلكترون الخطي، والمثلثية المستوية، ورباعية الأوجه، وثمانية الأوجه لأزواج الإلكترونات. وبالتالي، يمكن أن يشغل أي من المواضع زوجًا وحيدًا. أما في الشكل الهندسي الهرمي ثنائي القاعدة المثلثي، فيختلف الموقعان المحوريان عن المواقع الاستوائية الثلاثة. هنا، يتمتع الموقع الاستوائي بمساحة أكبر بسبب زوايا الرابطة البالغة 120 درجة ويفضله الأزواج المنفردة الأكبر حجمًا. وبالمثل، عندما يتم ترتيب زوجين وحيدين وأربعة أزواج رابطة بشكل ثماني الأوجه حول ذرة مركزية، فإن الزوجين الوحيدين يكونان متباعدين بمقدار 180 درجة، مما يؤدي إلى بنية جزيئية مستوية مربعة.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6 Molecular Structure and Polarity.

Tags

VSEPR Theory Valence Shell Electron pair Repulsion Theory Molecular Structure Central Atom Lewis Structure Electron Pairs Bonding Pairs Lone Pairs Electron Density Linear Arrangement Trigonal Planar Geometry Tetrahedron Trigonal Bipyramidal Geometry Octahedral Arrangement Electron pair Geometry Molecular Structure

PLAYLIST

Loading...

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved