Vsepr-teoria

Valence kuori elektroniparin vastenmielisyyttä teoria on malli, jota käytetään, kemian, ennustaa geometria yksittäisten molekyylien määrä elektronipareja ympäröivän keskeltä atomia. Se on myös nimetty Gillespie-Nyholm teoria jälkeen sen kaksi kehittäjille. Lyhenne "VSEPR" on joskus lausutaan "vesper" tai "vuh-seh-kohden".

Lähtökohta VSEPR on että valenssielektroni paria ympäröivän atomi yleensä hylkivät toisiaan, ja näin ollen hyväksyä järjestely, joka minimoi vastenmielisyys, mikä määritetään molekyylin geometria. Summa atomien lukumäärä sitoutuneena keskeisen atomin ja määrä yksinäinen pareja on muodostettu sen nonbonding valenssielektronien tunnetaan Keski-atomin steerinen numero.

Vsepr-teoria on yleensä verrataan valenssisidosteoria, jossa käsitellään molekyylimuoto kautta orbitaalit jotka ovat energisesti liimaukseen. Valenssisidosteoria koskee itse muodostumista sigma ja pi joukkovelkakirjoja. Molekyyliorbitaali teoria on toinen malli ymmärtämään, miten atomit ja elektronit kootaan molekyylejä ja polyatomic ioneja.

Vsepr-teoria on pitkään arvosteltu siitä, ettei ole määrällisiä, ja näin ollen vain sukupolvi "raa'at" molekyyli- geometriat kovalenttisesti sidottu molekyylejä. Kuitenkin, molekyylimekaniikan voimakentät perustuu VSEPR on myös kehitetty.

Historia

Ajatus korrelaatio molekyyli- geometria ja useita valenssielektronien alunperin ehdotti vuonna 1939 Ryutaro Tsuchida Japanissa, ja oli itsenäisesti esitetty Bakerian Luento vuonna 1940 Nevil Sidgwick ja Herbert Powell yliopiston Oxfordin. Vuonna 1957 Ronald Gillespie Ronald Sydneyn Nyholm University College London puhdistettu tämän ajatuksen tarkempi teoria, osaa valita eri vaihtoehtoisia geometrioita.

Kuvaus

Vsepr-teoria, joskus lausutaan "vesper" tai "vuh-seh-kohden", käytetään ennustamaan järjestely elektronipareja noin ei-vetyatomia molekyylejä, erityisen yksinkertainen ja symmetrinen molekyylejä, joissa nämä avain, Keski-atomit osallistuvat sitoutuminen 2 tai useampia muita atomeja; geometria näiden keskeisten atomien ja niiden ei-liimaus elektronipareja puolestaan ​​määrittää geometrian suurempaa kokonaisuutta.

Määrä elektroni paria valenssin kuori keskusatomiin määritetään vetämisen jälkeen Lewisin rakenne molekyylin, ja laajentamalla näyttää kaikki elektroniparin joukkolainat ja yksinäinen paria elektronit. Varten vsepr-teoria, useita elektroni paria kaksoissidos tai kolmoissidos kohdellaan ikään kuin ne olisivat side yksi pari elektroneja. Tapauksissa, joissa molekyyli voidaan kuvata kahden tai useamman resonanssi rakenteita, nämä rakenteet yleensä eroavat vain vaihto kahden ja yksinkertaisia ​​sidoksia, niin että niillä on sama steeristä numero ja sen vuoksi sama VSEPR mallia.

Elektronipareja oletetaan makaamaan pallon pinnalle keskittyy Keski atomin ja yleensä miehittää kantoja, joka minimoi niiden keskinäinen hylkivien maksimoimalla niiden välisen etäisyyden. Gillespie on korostanut, että elektronien vastenmielisyyttä vuoksi Paulin kieltosääntö on tärkeämpää määritettäessä molekyyli- geometria kuin sähköstaattinen vastenmielisyys. Määrä elektronipareja siis määrittää yleinen geometria että ne säätävät. Esimerkiksi, kun on kaksi elektronipareja ympäröivän keskeinen atomi, niiden keskinäinen vastenmielisyys on vähäinen, kun ne sijaitsevat vastakkaisissa navat pallosta. Siksi keskeinen atomi ennustetaan hyväksyä lineaarinen geometria. Jos on 3 elektronipareja ympäröivän keskeinen atomi, niiden vastenmielisyys minimoidaan asettamalla ne tasasivuisen kolmion keskittynyt atomi. Siksi ennustettu geometria on trigonal. Samoin 4 elektroni paria, optimaalinen järjestely on tetrahedral.

Tämä yleinen geometria jalostetaan edelleen erottamalla liimaus ja nonbonding elektronipareja. Liimaus elektroniparin jakaa sigmasidos viereisen atomi sijaitsee kauempana keskustasta atomi kuin nonbonding pari että atomi, joka pidetään lähellä sen positiivisesti varautuneet ydin. Vsepr-teoria siis näkee vastenmielisyys jonka yksinäinen pari on suurempi kuin repulsio liitosompeleella pari. Sellaisenaan, kun molekyyli on 2 vuorovaikutukset eriasteisia vastenmielisyys, vsepr-teoria tarjoaa rakenteen, jossa yksinäinen paria miehittää kantoja, joiden avulla he voivat kokea vähemmän vastenmielisyyttä. Yksinäinen pari-yksinäinen pari hylkivien pidetään vahvempi kuin yksinäinen pari-liimaus paria hylkivien, jotka puolestaan ​​pidetään vahvempi kuin liimaus pari-liimaus paria hylkivien, erotteluja että sitten ohjata päätöksiä yleinen geometrian 2 tai useamman ei yhtä asemissa ovat mahdollisia. Esimerkiksi, kun 5 ligandeja tai yksinäinen paria ympäröivät keskeinen atomi, trigonaalinen bipyramidal molekyyli- geometria on määritelty. Tämän geometrian, 2 suoralla "aksiaalinen" kantoja sijaitsevat 180 ° välein toisistaan, ja 90 ° kustakin 3 vierekkäistä "ekvatoriaalinen" asemissa; nämä 3 päiväntasaajan kannat olla 120 ° päässä toisistaan. Aksiaaliset kannat siis kokevat enemmän vastenmielisyyttä kuin päiväntasaajan kannat; siten, kun on yksinäinen paria, ne yleensä miehittää päiväntasaajan kantoja.

Ero yksinäinen paria ja liimaus paria voidaan käyttää myös rationalisoida poikkeamat idealisoitu geometriaa. Esimerkiksi H2O molekyyli on neljä elektroni paria sen Valence kuori: kaksi yksinäinen paria ja kaksi side paria. Neljä elektronipareja leviävät niin kohdistaa karkeasti kohti kärjet tetraedrin. Kuitenkin, sidos välinen kulma kahden OH joukkovelkakirjojen on vain 104,5 °, eikä 109,5 ° säännöllisen tetraedrin, koska kaksi yksinäinen paria niillä on suurempi hylkivät toisiaan kuin kaksi sidos paria.

AXE menetelmä

"AXE menetelmä" elektronin laskenta käytetään yleisesti sovellettaessa vsepr-teoria. Edustaa keskeinen atomi ja aina on implisiittinen alaindeksi yksi. X on määrä ligandeja. E on määrä yksinäinen elektronipareja ympäröivän keskeinen atomi. Summa X ja E on tunnettu steerinen numero.

Perustuu steeristä määrä ja jakauma X: n ja E: n, vsepr-teoria tekee ennusteita seuraavissa taulukoissa. Huomaa, että geometriat on nimetty mukaan atomi kantoja vain eikä elektroni järjestely. Esimerkiksi kuvaus AX2E1 kuin taivutettu molekyyli tarkoittaa, että kolme atomit AX2 eivät ole yhtä suoraviivaisesti, vaikka yksinäinen pari auttaa määrittämään geometriaa.

† Electron järjestely myös yksinäinen paria, esitetty vaaleankeltainen ‡ Havaitut geometria

Kun substituentti atomit eivät ole kaikki samanlaisia, geometria on edelleen noin voimassa, mutta sidoskulmien voi olla hieman erilaisia ​​kuin missä kaikki ulkopuolella atomit ovat samat. Esimerkiksi kaksoissidos hiiltä alkeenit kuten C2H4 ovat AX3E0, mutta sidoskulmien eivät kaikki täsmälleen 120 °. Samoin SOCI2 on AX3E1, mutta koska X substituentit eivät ole identtisiä, xax kulmat eivät ole kaikki samanarvoisia.

Välineenä ennustaa geometria hyväksyttiin tietty määrä elektronipareja, usein fyysinen osoitus periaatteen minimaalinen elektroniparin vastenmielisyys hyödyntää paisuttivat ilmapalloja. Kautta käsittely, ilmapalloja hankkia hieman pinnan sähköstaattinen varaus, joka johtaa hyväksymisen suunnilleen sama geometriaa, kun ne on sidottu yhteen niiden varret kuin vastaava määrä elektronipareja. Esimerkiksi viisi ilmapalloja sidottu yhteen hyväksyä trigoninen bipyramidal geometria, aivan samoin kuin viisi liimaus paria PCI5 molekyylin tai kahden liimaus ja kolme ei-liimaus paria XeF2 molekyylin. Molekyyli- geometria entinen on myös trigoniset bipyramidal, kun taas jälkimmäisen on lineaarinen.

Esimerkit

Metaani molekyyli on tetraedrielementtiverkossa koska on neljä paria elektronit. Neljä vetyatomia on sijoitettu vertices, tetraedrin, ja sidos kulma on cos ≈ 109 ° 28 '. Tämä kutsutaan AX4 tyypin molekyylin. Kuten edellä mainittiin, edustaa keskeinen atomi ja X edustaa ulomman atomi.

Ammoniakki-molekyyli on kolme paria elektronien mukana liimaus, mutta on yksinäinen elektronipari typpiatomista. Se ei ole sitoutunut toiseen atomiin; kuitenkin, se vaikuttaa yleisen muodon kautta hylkivien. Kuten metaani edellä, on neljä alueita elektronitiheys. Siksi yleinen suunta alueiden elektronitiheys on tetrahedral. Toisaalta, on vain kolme ulompi atomia. Tämä kutsutaan AX3E tyyppi molekyyli koska yksinäinen pari edustaa E. Määritelmän molekyyli muoto tai geometria kuvataan geometrinen järjestely atomiytimen ainoa, joka on trigonaalinen pyramidin NH3.

Steerinen määrä 7 tai suurempi ovat mahdollisia, mutta ovat harvinaisempia. Steerinen määrä 7 tapahtuu jodi heptafluoride; pohja geometria steerinen määrä 7 on viisikulmainen bipyramidal. Yleisin geometrian steerinen määrä 8 on neliö antiprismatic geometria. Esimerkkejä tästä ovat octacyanomolybdate 4-
8) ja octafluorozirconate erottamiseen.

Nonahydridorhenate ioni kalium nonahydridorhenate on harvinainen esimerkki yhdisteestä, jossa on steerinen on 9, joka on tricapped trigonaalinen prismamainen geometria. Toinen esimerkki on octafluoroxenate ionin nitrosonium octafluoroxenate, vaikka tässä tapauksessa yksi elektronipareja on yksinäinen pari, ja siksi molekyylin todella on vääristynyt neliön antiprismatic geometria.

Mahdollista geometriat steerinen numerot 10, 11, 12 tai 14 bicapped yleinen antiprismatic, octadecahedral, ikosaedri, ja bicapped kuusikulmainen antiprismatic, vastaavasti. Ei yhdisteet, steeristä numerot tämän korkean johon yksihampaista ligandit olemassa, ja ne, joihin liittyy monihampainen ligandeja voidaan usein analysoida yksinkertaisemmin kuin komplekseja pienempi steeristä numeroita, kun jotkut monihampainen ligandeja käsitellään yksikkö.

Poikkeukset

On ryhmiä yhdisteissä, joissa VSEPR ei ennustaa oikea geometria.

Siirtymämetalliyhdisteitä

Monet siirtymämetalliyhdisteitä ei ole geometriat ennusti VSEPR, joka voidaan lukea että ei ole yksinäinen paria valenssi kuoren ja vuorovaikutus ytimen d elektronien kanssa ligandien. Rakenne joitakin näistä yhdisteistä, kuten metallihydridit ja alkyyli, kompleksit, kuten hexamethyltungsten, voidaan ennustaa oikein käyttämällä VALBOND teoria, joka perustuu SD-hybridi-orbitaalien ja kolmen keskus neljä elektronin liimaus malli. Crystal kenttä teoria on toinen teoria, joka voi usein ennustaa geometria koordinaatiokomplekseja.

Jotkut AX2E0 molekyylit

Kaasufaasi rakenteet triatomic halogenideista raskaampia jäsenten ryhmän 2 ,, eivät ole lineaarisia ennustetusti mutta taivutetaan ,. Se on ehdottanut Gillespie, että tämä johtuu vuorovaikutus ligandien kanssa elektronin ydin metalliatomi, polarisoivasta niin, että sisempi kuori ei ole pallomaisesti symmetrinen, mikä vaikuttaa molekyyli- geometria. Disilynes ovat myös taivutettu, vaikka niillä ei ole yksinäinen paria.

Jotkut AX2E2 molekyylit

Yksi esimerkki AX2E2 geometria on molekyyli- litiumoksidia, Li2O, lineaarinen mieluummin kuin taivutettu rakenne, joka on katsoneet sen joukkovelkakirjat on olennaisesti ioni- ja vahva litium-litium vastenmielisyyttä, joka johtaa. Toinen esimerkki on O2 kanssa Si-O-Si kulma 144,1 °, joka vertaa kulmat Cl2O, 2O, ja N3. Gillespie Robinson järkeistää Si-O-Si sidoksen kulma perustuu havaitun kyky ligandin n yksinäinen pari useimpiin suuresti hyökkääjän muut elektronipareja kun ligandi elektronegatiivisuus on suurempi tai yhtä suuri kuin Keski atomin. O2, keskeinen atomi on enemmän electronegative, ja yksinäinen parit ovat vähemmän paikallisia ja heikommin vastenmielinen. Suurempi Si-O-Si sidoksen kulma tuloksia tästä ja vahva ligandi-ligandi vastenmielisyys suhteellisen suuri -SiH3 ligandin.

Jotkut AX6E1 ja AX8E1 molekyylit

Joissakin AX6E1 molekyylejä, esim. xenon heksafluoridia ja Te ja Bi anioneja, TeCl2-
6, TeBr2-
6, BiCl3-
6, BiBr3-
6 ja BiI3-
6, ovat säännöllisiä oktaedriä ja yksinäinen pari ei vaikuta geometriaan. Yksi rationalisointi on, että steerinen kerääntymismomentti ligandien ei salli ei-liimaus yksinäinen pari; toinen rationalisointi on inertti pari vaikutus. Samoin octafluoroxenate anioni on neliö antiprism eikä vääristynyt Square antiprism, huolimatta yksinäinen pari.

Odd-elektroni molekyylit

Vsepr-teoria voidaan laajentaa molekyylien pariton määrä elektroneja käsittelemällä parittoman elektronin kuin "puoli elektronipari" voimassa, outoa elektronin on vaikutus geometria, joka on samanlainen koko elektronipari, mutta vähäisempää jotta geometria voi olla välimuoto molekyylin täysi elektronipari ja molekyylin yhdellä vähemmän elektroniparin keskushermostoon atomin. Esimerkiksi, typpidioksidin on AX2E0.5 molekyyli, jossa parittoman elektronin keskushermostossa typpi; VSEPR ennustaa geometria on samanlainen kuin NO-
2 ioni, mutta välimuoto NO-
2 ja NO +
2. Itse NO2 taivutetaan kulma 134 °, joka on lähempänä 120 ° kuin 180 °, laadullisesti kanssa teoriaa. Samoin klooridioksidia on geometria samanlainen sul-
2 mutta välimuoto sul-
2 ja ClO +
2.

Lopuksi metyyliradikaali on ennustettu olevan trigonal pyramidin kuten metyyli-anioni, mutta jossa on suurempi sidos kulma kuin trigonisen Planar metyyli kationi. Kuitenkin tässä tapauksessa VSEPR ennuste ei ole aivan totta, kuten CH3 on todella tasomainen, vaikka sen vääristymä pyramidin geometria vaatii hyvin vähän energiaa.

VSEPR ja paikallisia orbitaalit

Vsepr-teoria asettaa kunkin parin valenssielektronien on sidos tai yksinäinen pari löytyy paikallisen alueen molekyylin. Molekyyliorbitaali teoria saadaan joukko orbitaalien että on symmetria molekyylin; Jotkut näistä MO voi olla delokalisoituneita useiden atomeja. Kuitenkin nämä orbitaalit voidaan muuntaa vastaava joukko paikallisia molekyyli orbitaalien. Vedessä molekyylin esimerkiksi, MO laskelmat saatiin kaksi yksinäinen paria sp hybridi MO tasossa molekyylin ja puhdasta p-tyypin silmäkuopan kohtisuorassa, jotka voidaan yhdistää kahteen yhtä sp nonbonding orbitaaleja verrattavissa veden hapen yksinäinen paria vsepr-teoria. Samoin on olemassa kaksi lasketun liimaus orbitaalit kukin ulottuu yli kaikki kolme atomia, jotka voidaan yhdistää kahteen lokalisoitu orbitaalit, yksi kutakin joukkovelkakirjalainan. Delokalisoituneita ja paikallisia orbitaalit kuvataan yleisesti antavan täysin vastaavia kuvauksia perustilan.

(0)
(0)
Edellinen artikkeli Zeta Beta Tau
Seuraava artikkeli Sebkay

Aiheeseen Liittyvät Artikkelit

Kommentit - 0

Ei kommentteja

Lisääkommentti

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Merkkiä jäljellä: 3000
captcha