From Wikipedia, the free encyclopedia
A vegyértékelektronpár-taszítási elmélet (angol betűszóval VSEPR-elmélet) egy modell a kémia területén, amely segít előre jelezni az egyes molekulák geometriáját a központi atomjaikat körülvevő elektronpárok alapján.[1] Gillespie–Nyholm-elméletnek is nevezik az elmélet két fő kidolgozója, Ronald Gillespie és Ronald Nyholm után.
Az elmélet legfontosabb tétele, hogy az adott atom körüli vegyértékelektron-pár tagjai egymás kölcsönös taszítása miatt úgy rendeződnek el, hogy minimalizálják ezt a taszító hatást. Ebből következik, hogy a molekula energiája csökken, stabilitása pedig nő, ez pedig nagyban meghatározza a molekuláris geometriát. Gillespie hangsúlyozta, hogy a molekuláris geometria meghatározásához fontosabb a Pauli-elvből adódó elektron-elektron taszítás, mint az elektrosztatikus taszítás.[2]
Az elmélet inkább a megfigyelhető elektronsűrűségen alapul, mintsem a matematikai hullámfüggvényeken, ezért független a pályák hibridizációjától,[3] bár ezen utóbbi elmélet fókuszában is a molekulák alakja áll.
Az ötletet, hogy korreláció van a molekuláris geometria és a vegyértékelektron-párok között, eredetileg Ryutaro Tsuchida vetette fel 1939-ben, Japánban,[4] de később, ettől függetlenül egy Bakeri Előadás során Nevil Sidgwick és Herbert Powell is a nyilvánosság elé tárta.[5] 1957-ben Ronald Gillespie és Ronald Sydney Nyholm tovább finomította ezt a koncepciót egy részletesebb elméletté, amely már megadta a különböző alternatív geometriák közüli választás lehetőségét.[6][7]
Az utóbbi időkben a teóriát több kritika is érte, melyek szerint a tudományos pontosság és a pedagógiai értékek szempontjából az elmélet már idejétmúltnak számít.[8] A kritikák egyik tárgya, hogy a vízmolekula és a karbonilvegyületek egyenértékű, nemkötő elektronpárjai alapvető különbségeket hagynak figyelmen kívül a molekulapályák és az ezeknek megfelelő természetes kötőpályák szimmetriájában, mely különbségek esetenként fontosak lehetnek kémiailag. Ezen felül pedig kevés kísérleti és számításalapú bizonyíték van arra nézvést, hogy a nemkötő elektronpárok „nagyobbak” lennének a kötő párjaiknál.
Felmerült az az elgondolás is, hogy a Bent-szabály (mely egy egyszerű modell a molekuláris szerkezet leírására) alkalmas lenne a vegyértékelektronpár-taszítási elmélet kiváltására.
Mindezek ellenére a VSEPR-elmélet jól írja le az egyszerűbb molekulák alapvető strukturális és elektroneloszlási tulajdonságait, és a legtöbb helyen az egyetemi képzések során továbbra is tanítják.
Az elmélet alkalmazásához az elektronokat általában az „AXE-módszer” szerint számolják. A központi atom körül az elektronpárokat az AXnEm képlettel jelölik, ahol A a központi atom, és mindig 1-es indexszel szerepel. X az egyes ligandumokat (az A-hoz kapcsolódó atomokat), E pedig a központi atom nemkötő elektronpárjait jelöli.[9] Az X-ek és E-k számának összege (n + m) a sztérikus szám. Az AX3E2 molekulában például az A atom sztérikus száma 5.
A sztérikus szám, valamint X és E értékeinek függvényében az elmélet az alábbi táblázat szerinti térszerkezeteket jósolja. Megjegyzendő, hogy a térszerkezet neve csak az atomok, és nem az elektronok elrendeződését tükrözi – így például az AX2E1 V-alakja azt jelenti, hogy az AX2 három atomja nem egy egyenesre esik.
Sztérikus szám |
A molekula térszerkezete[10] 0 nemkötő pár |
A molekula térszerkezete[10] 1 nemkötő pár |
A molekula térszerkezete[10] 2 nemkötő pár |
A molekula térszerkezete[10] 3 nemkötő pár |
---|---|---|---|---|
2 | lineáris (CO2) | |||
3 | sikháromszöges (BCl3) | V alakú (SO2) | ||
4 | tetraéderes (CH4) | trigonális piramisos (NH3) | V alakú (H2O) | |
5 | trigonális bipiramisos (PCl5) | „mérleghinta” alakú (SF4) | T alakú (ClF3) | lineáris (I−3) |
6 | oktaéderes (SF6) | tetragonális piramisos (BrF5) | síknégyszöges (XeF4) | |
7 | pentagonális bipiramisos (IF7)[11] | pentagonális piramisos (XeOF−5)[12] | síkötszöges (XeF−5)[13] | |
8 | ||||
9 | háromszorosan fedett trigonális prizma (ReH2−9)[14] |
Molekula típusa |
Térszerkezet[10] | Elektronok elrendeződése[10] (beleértve a halványsárgával jelölt nemkötő elektronpárokat is) |
Elektronok elrendeződése[10] (nemkötő párok nélkül) |
Példák |
---|---|---|---|---|
AX2E0 | BeCl2,[1] HgCl2,[1] CO2[11] | |||
AX2E1 | NO−2,[1] SO2,[10] O3,[1] CCl2 | |||
AX2E2 | H2O,[10] OF2[15] | |||
AX2E3 | XeF2,[10] I−3,[16] XeCl2 | |||
AX3E0 | BF3,[10] CO2−3,[17] NO−3,[1] SO3[11] | |||
AX3E1 | NH3,[10] PCl3[18] | |||
AX3E2 | ClF3,[10] BrF3[19] | |||
AX4E0 | CH4,[10] PO3−4, SO2−4,[11] ClO−4,[1] XeO4[20] | |||
AX4E1 | SF4[10][21] | |||
AX4E2 | XeF4[10] | |||
AX5E0 | PCl5[10] | |||
AX5E1 | ClF5,[22] BrF5,[10] XeOF4[11] | |||
AX5E2 | XeF−5[23] | |||
AX6E0 | SF6,[10] WCl6[24] | |||
AX6E1 | XeOF−5,[12] IOF2−5[12] | |||
AX7E0 | IF7[11] | |||
AX8E0 | IF−8, ZrF4−8, ReF−8 | |||
AX9E0 | ReH2−9[25] |
Ha a(z A) központi atomhoz különböző (X) atom(ok) kapcsolódnak, akkor is közelítőleg a fenti térszerkezet érvényes, de a kötésszögek ilyenkor némileg eltérhetnek attól, mint amikor a kapcsolódó atomok azonosak. Például az alkének – mint a C2H4 – kettős kötésű szénatomja AX3E0 típusú, de a kötésszögek nem pontosan 120°-osak. Hasonló az AX3E1 szerkezetű SOCl2 esete is: mivel az X szubsztituensek nem egyformák, az X−A−X szögek sem mind egyenlőek.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.