1.5: Теорія відштовхування електронної пари валентності-оболонки (VSEPR)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24585

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Теорія відштовхування електронної пари Valence-Shell (VSEPR) допомагає нам зрозуміти і передбачити геометрію (форму) молекул або іонів. Теорія така:

Електронні пари відштовхують один одного, чи знаходяться вони в хімічних зв'язках або одиноких парах.
Валентні електронні пари орієнтовані на те, щоб бути якомога далі один від одного, щоб мінімізувати відбиття.

Виходячи з цієї теорії, в залежності від кількості електронних пар (як пар зв'язку, так і одиноких пар) навколо центрального атома, приймається певна форма для мінімізації відштовхування між парами виборів, як узагальнено в таблиці нижче:

Загальна кількість електронних груп (пар електронів) навколо центрального атома	Геометрія (форма) електронних груп (електронних пар)
2	лінійний
3	тригональний площинний
4	чотиригранний
5	тригональний біпірамідний
6	восьмигранний

Таблиця 1.1 Основні форми VSEPR

_{Примітки:}

_{Для цілей VSEPR терміни «форма» і «геометрія» взаємозамінні; «електронна пара» і «електронна група» також взаємозамінні.}
_{Множинні зв'язки (подвійний або потрійний зв'язок) розглядаються як одна електронна група для цілей VSEPR.}

Для видів, які не мають жодної одиночної пари електронів (ЛП), геометрія (форма) виду якраз така ж, як геометрія електронних груп.

Для прикладу молекули pCl ₅ на центральному фосфорі є п'ять електронних груп, і всі вони є парами зв'язку (BP). Форма електронних груп тригональна біпірамідна, а форма молекули pCl ₅ також тригональна біпірамідна. Тригональну біпірамідальну форму можна намалювати на папері за допомогою суцільних і пунктирних клинів: три зв'язку лежать в паперовій площині показані як звичайні лінії, твердий клин являє собою зв'язок, який вказує на паперову площину, а пунктирний клин являє собою зв'язок, який вказує позаду паперової площини.

Малюнок 1.5a Тигональна біпірамідна форма молекули PCl5

Однак для видів, які мають одиничні пари електронів на центральному атомі, форма виду буде відрізнятися від форми електронних груп. Причина полягає в тому, що навіть незважаючи на те, що самотні пари займають простір, немає кінцевих атомів, пов'язаних з самотньою парою, тому одинока пара стає «невидимою» для форми виду.

Для прикладу молекули води (H ₂ O) центральний атом кисню має два БП і два ЛП, а форма всіх електронних груп - чотиригранна. Форма молекули води зігнута, оскільки лише атоми зараховуються до молекулярної форми, а не до одиноких парних електронів.

Форми VSEPR можуть бути досить різноманітними, враховуючи різну кількість загальних електронних пар разом з різними числами одиноких пар, що беруть участь. Найбільш поширені форми зведені в наступній таблиці (табл. 1.2). Для опису певної форми слід правильно використовувати конкретну назву, а також важлива інформація про кут зв'язку.

Загальна кількість електронних груп	Геометрія (форма) всіх електронних груп	Кількість пар склеювання (BP) та одиноких пар (LP)	Геометрія (форма) виду	Кути (°)
2	лінійний	2 Б.П	лінійний	180
3	тригональний площинний	3 Б.П.	тригональний площинний	120
3	тригональний площинний	2 Б.П., 1Л	зігнутий	<120
4	чотиригранний	4 БП	чотиригранний	109.5
		3 Б.П., 1Л	трикутна пірамідальна	<109.5
		2 Б.П., 2П.	зігнутий	<109.5
5	тригональний біпірамідний	5 БП	тригональний біпірамідний	120, 90, 180
		4 Б.П., 1Л	побачи-пила	<120, 90, 180
		3 Б.П., 2 Л	Т-подібна форма	90, 180
		2 Б.П., 3Л	лінійний	180
6	восьмигранний	6 Б.П	восьмигранний	90, 180
		5 Б.П., 1Л	квадратна пірамідальна	90, 180
		4 Б.П., 2 Л	квадратний площинний	90, 180

Таблиця 1.2 Зведення конкретних форм VSEPR

Веб-сайт https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-shapes/latest/molecule-shapes_en.html надає хороші ресурси для візуалізації та відпрацювання тем VSEPR.

Ми побачимо більше застосувань VSEPR в органічних сполуках у наступному розділі.