1.7 : Teoria VSEPR

Teoria odpychania par elektronowych powłoki walencyjnej (teoria VSEPR) umożliwia przewidywanie struktury molekularnej wokół atomu centralnego na podstawie analizy liczby wiązań i wolnych par elektronowych w jego strukturze Lewisa. Model VSEPR zakłada, że pary elektronowe w powłoce walencyjnej atomu centralnego przyjmują układ minimalizujący odpychanie między nimi poprzez maksymalne zwiększenie odległości. Elektrony w powłoce walencyjnej atomu centralnego tworzą pary wiążące (znajdujące się głównie między atomami) lub pary niewiążące (samotne pary elektronowe).

Dwa obszary gęstości elektronowej w cząsteczce przyjmują geometrię liniową, aby zminimalizować odpychanie. Podobnie trzy grupy elektronowe układają się w płaską geometrię trójkątną (trygonalną), cztery grupy elektronowe tworzą czworościan, pięć grup elektronowych przyjmuje geometrię bipiramidalną trygonalną, natomiast sześć grup elektronowych układa się w strukturę oktaedryczną.

Należy zauważyć, że geometria elektronowa wokół atomu centralnego nie zawsze jest taka sama jak jego struktura molekularna. Geometria elektronowa opisuje wszystkie obszary, w których znajdują się elektrony w cząsteczce – zarówno w wiązaniach, jak i w wolnych parach. Struktura molekularna odnosi się natomiast do położenia atomów w cząsteczce, a nie elektronów. Zatem geometria elektronowa i struktura molekularna są identyczne tylko wtedy, gdy wokół atomu centralnego nie ma niewiążących par elektronowych.

Para niewiążąca zajmuje większą przestrzeń niż para wiążąca, ponieważ jest związana tylko z jednym jądrem, podczas gdy para wiążąca jest współdzielona przez dwa jądra. W konsekwencji odpychanie między dwiema niewiążącymi parami elektronowymi jest większe niż między parą niewiążącą a wiążącą, a to z kolei jest większe niż odpychanie między dwiema parami wiążącymi.

Zgodnie z teorią VSEPR, lokalizacje atomów końcowych są równoważne w geometrii elektronowej liniowej, trygonalnej, czworościennej i oktaedrycznej, dlatego dowolne stanowisko może być zajęte przez jedną niewiążącą parę elektronową. Jednak w geometrii bipiramidalnej trygonalnej dwa położenia osiowe różnią się od trzech położeń równikowych. Pozycja równikowa oferuje więcej przestrzeni ze względu na kąty wiązań wynoszące 120° i jest preferowana przez większe niewiążące pary elektronowe. Podobnie, gdy dwie niewiążące pary elektronowe i cztery pary wiążące są rozmieszczone oktaedrycznie wokół atomu centralnego, niewiążące pary zajmują pozycje oddalone od siebie o 180°, co prowadzi do kwadratowej płaskiej struktury molekularnej.

Ten tekst jest adaptacjąOpenstax, Chemistry 2e, Section 7.6 Molecular Structure and Polarity.