VSEPR
Z Wikipedii
VSEPR (ang. Valence Shell Electron Pair Repulsion 'koncepcja odpychania par elektronowych powłoki walencyjnej' bądź też 'odpychanie par elektronowych powłoki walencyjnej'). Metoda ta została opracowana w 1940 roku przez Nevila Vincenta Sidgwicka i H.M. Powella. Według niej o budowie przestrzennej cząsteczki decyduje łączna liczba elektronów walencyjnych wokół atomu centralnego oraz orientacja przestrzenna obszarów orbitalnych, w których mieszczą się te elektrony.
Teoria VSEPR zakłada, że pary elektronów są rozmieszczone wokół atomu centralnego tak, aby siły wzajemnego odpychania były możliwie jak najmniejsze, przy czym w sumarycznym efekcie wszystkich odpychań istotny jest udział wolnych (niewiążących) i wiążących par elektronowych. Najsłabiej odpychają się pary wiążące, potem para wiążąca z wolną parą elektronową, a najsilniej dwie wolne pary elektronowe. Inaczej mówiąc, jeżeli odległości par decydujących o geometrii cząsteczki są maksymalne, to w zależności od liczby tych par powstają pewne uprzywilejowane struktury o charakterystycznym rozmieszczeniu wolnych i wiążących par elektronowych na wyróżnionych kierunkach wokół atomu centralnego.
Regularne kształty cząsteczek powstają tylko wtedy, gdy wszystkie pary elektronów wiążących zostaną wykorzystane do związania takich samych atomów. Występowanie w cząsteczce różnych ligandów wokół atomu centralnego i niewiążących par elektronowych zaburza idealne struktury, np. wraz z rosnącą liczbą wolnych par elektronowych może następować zmiana kąta wiązania.
W niektórych przypadkach metoda VSEPR nie nadaje się do przewidywania budowy przestrzennej związków, gdyż nie prowadzi do prawidłowego opisu ich struktury, np. nie jest wygodne zastosowanie jej do opisu budowy cząsteczek zawierających wiązania zdelokalizowane.
[edytuj] Dokładniejsze omówienie metody
Właściwości i geometrię cząsteczek typu ABn można opisać, przyjmując że:
- A jest atomem centralnym i n atomów B (jednakowych bądź różnych), zwanych roboczo ligandami, uczestniczy w tworzeniu orbitali molekularnych z atomem A
- cząsteczka zawiera pierwiastki grup głównych układu okresowego
- hybrydyzacji ulegają orbitale atomu centralnego A
- jeżeli cząsteczka zawiera więcej niż jeden atom centralny to hybrydyzacji ulegają wszystkie atomy centralne (jak np. C w etenie CH2=CH2)
Wśród elektronów walencyjnych atomu centralnego wyróżnia się:
- wolne pary elektronowe danego atomu (zlokalizowane w polu jednego jądra) - stanowią pary niewiążące
- elektrony, które są wspólne dla dwóch sąsiadujących atomów - stanowią pary wiążące (pary zlokalizowane w polu dwóch sąsiadujących jąder)
Wśród par wiążących wyróżnić można pary σ i pary π, które mogą tworzyć:
- wiązania typu σ (o symetrii względem osi łączącej jądra)
- wiązania typu π (o obszarze orbitalnym złożonym z dwóch fragmentów leżących poza osią łączącą jądra)
Określonym wartościom liczby przestrzennej oznaczanej symbolem Lp, równej liczbie orbitali zhybrydyzowanych (LH), odpowiada określona geometria cząsteczka. O kształcie cząsteczki decyduje liczba wiążących par elektronowych (PW) i wolnych par elektronowych (WPE). Ich suma wskazuje typ hybrydyzacji, a tym samym podstawowy wielościan koordynacyjny, którego naroża zajmują atomy lub wolne pary elektronowe:
- Lp = σPW + WPE = LH,
gdzie:
- σPW - liczba par elektronowych tworzących wiązanie a; wynosi ona tyle, ile atomów B jest przyłączonych do atomu centralnego A. Przykład: dla PCl5 σPW = 5, dla H2O σPW = 2, dla COCl2 σPW = 3,
- WPE - liczba wolnych par elektronowych atomu centralnego; oblicza się ją odejmując od liczby elektronów walencyjnych atomu centralnego A, taką liczbę elektronów, jaka jest potrzebna do uzupełnienia konfiguracji wszystkich atomów B i dzieli przez 2, czyli WPE = 1/2 [liczby elektronów walencyjnych atomu A pomniejszona o liczbę elektronów potrzebną do uzupełnienia oktetów (lub dubletów dla wodoru) dla n atomów B]. Dla jonów ujemnych zwiększa się, a dla jonów dodatnich zmniejsza się liczbę elektronów walencyjnych o ładunek jonu. Przykład: Dla H2O WPE = (6 − 2) / 2 = 2, dla SO42- WPE = (6 + 2 − 8) / 2 = 0
Wartość liczby przestrzennej możemy ustalić:
- ze wzoru elektronowego cząsteczki
- lub przez obliczenie:
- najpierw liczby wolnych par elektronowych atomu centralnego,
- a następnie liczby przestrzennej,
- ostatni etap opisu budowy przestrzennej cząsteczki opiera się na fakcie, że do każdej wartości Lp jest przyporządkowana charakterystyczna struktura przestrzenna. Można więc powiedzieć, że przestrzenna budowa cząsteczki, a zatem kierunki, w jakich ustawiają się ligandy i wolne pary elektronowe, są określone liczbą przestrzenną.
Zależność między liczbą wolnych i wiążących par elektronowych a kształtem cząsteczki według modelu VSEPR zebrano w tabeli:
| Typ Cząsteczki: A - atom centralny |
Liczba przestrzenna | Typ hybrydyzacji | Kształt cząsteczki | Rozmieszczenie elektronów (na żółto zaznaczono wolne pary elektronowe) |
Geometria cząsteczki | Przykłady |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AX1En | cząsteczka dwuatomowa |  |
|
HF, O2 | ||
| AX2E0 | 2 | sp | linia |  |
 |
BeCl2, HgCl2, CO2 |
| AX2E1 | 3 | sp2 | Kształt litery V |  |
 |
NO2−, SO2, O3 |
| AX2E2 | 4 | sp3 | Kształt litery V |  |
|
H2O, OF2 |
| AX2E3 | 5 | sp3d | linia |  |
|
XeF2, I3− |
| AX3E0 | 3 | sp2 | trójkąt równoboczny |  |
 |
BF3, CO32−, NO3−, SO3 |
| AX3E1 | 4 | sp3 | piramida trygonalna |  |
 |
NH3, PCl3 |
| AX3E2 | 5 | sp3d | kształt litery T |  |
 |
ClF3, BrF3 |
| AX4E0 | 4 | sp3 | tetraedr |  |
 |
CH4, PO43−, SO42−, ClO4− |
| AX4E1 | 5 | sp3d | nieregularny tetraedr |  |
 |
SF4 |
| AX4E2 | 6 | sp3d2 | kwadrat, płaski |  |
 |
XeF4 |
| AX5E0 | 5 | sp3d | bipiramida trygonalna |  |
|
PCl5 |
| AX5E1 | 6 | sp3d2 | bipiramida kwadratowa |  |
 |
ClF5, BrF5 |
| AX6E0 | 6 | sp3d2 | oktaedr |  |
 |
SF6 |
| AX6E1 | 7 | sp3d3 | piramida pentagonalna |  |
 |
XeF6 |
| AX7E0 | 7 | sp3d3 | bipiramida pentagonalna |  |
 |
IF7 |
| Liczba przestrzenna |
kształt cząsteczki brak wolnych par elektronowych |
1 wolna para elektronowa | 2 wolne pary elektronowe | 3 wolne pary elektronowe |
|---|---|---|---|---|
| 2 |  |
|||
| 3 |  |
 |
||
| 4 |  |
 |
 |
|
| 5 |  |
 |
 |
 |
| 6 |  |
 |
 |
|
| 7 |  |
 |
Poniżej podano przykłady obliczeń odpowiednich parametrów, dzięki którym, przy zastosowaniu metody VSEPR, można określić budowę cząsteczki:
| Atom centralny | Wolne pary elektronowe | Liczba przestrzenna Lp= PW + WPE |
typ hybrydyzacji | kształt |
|---|---|---|---|---|
| C w CH4 | (4-4x1)/2 = 0 | 4+0=4 | sp3 | Tetraedr |
| O w H2O | (6-2x1)/2=2 | 2+2=4 | sp3 | Tetraedr |
| N w NH3 | (5-3x1)/2=1 | 3+1=4 | sp3 | Tetraedr |
| S w SO2 | (6-2x2)/2=1 | 2+1=3 | sp2 | trójkąt równoboczny |
| C w CO32- | (4-3x2+2)/2=0 | 3+0=3 | sp2 | trójkąt równoboczny |
| C w CO2 | (4-2x2)/2=0 | 2+0=2 | sp | liniowa |
| Chopin będzie patronem wygonu |
Brudny plac, zabudowany obrzydliwymi budami ma nosić imię Fryderyka Chopina. PO i PiS są zachwycone, protestują internauci i lewica. W obronie pl. Defilad można nawet podpisać petycję. |
| Członkowie Prezydium Sejmu potępili "atak polityczny" na Niesiołowskiego |
Członkowie Prezydium Sejmu potępili "atak polityczny" szefa PiS Jarosława Kaczyńskiego na wicemarszałka Stefana Niesiołowskiego. Sprzeciwił się marszałek Krzysztof Putra z PiS. |
| Tusk spotka się z Dalajlamą. A z Sarkozym? |
Premier Donald Tusk spotka się jutro z Dalajlamą - dowiedziało się Radio TOK FM. Do rozmowy przywódców ma dojść tuż po południu w gdańskiej Filharmonii Bałtyckiej. Informację potwierdza Centrum Informacyjne Rządu. Nie wiadomo jeszcze, czy dojdzie do zapowiadanego spotkania Dalajlamy z prezydentem Francji. |
| Polscy pracownicy hotelu na Cyprze są pewni winy Karskiego i Zbonikowskiego |
Polscy pracownicy z hotelu Le Meridien na Cyprze nie mają wątpliwości - to parlamentarzyści Karski i Zbonikowski są winni zepsucia dwóch pojazdów golfowych. Według nich właściciel jest zbyt bogatym człowiekiem, by szukać zarobku poprzez odszkodowanie. |
| Dalajlama: wiele zawdzięczam Polsce i Polakom |
- Mało kto to wie, ale gdy w latach 50-tych znalazłem się na uchodźstwie poznałem dwoje wspaniałych Polaków. Byli dużo starsi ode mnie. Ta kobieta Polka była wtedy dla mnie jak przybrana matka, to dzięki niej zostałem wegetarianinem - opowiadał dziś w Gdańsku Dalajlama. Mówił też o wdzięczności za "Solidarność", Okrągły Stół i "polską determinację i siłę woli". |
| PO donosi do komisji etyki na J. Kaczyńskiego za "haniebne słowa" o Niesiołowskim |
PO złożyła wniosek do sejmowej Komisji Etyki Poselskiej przeciwko prezesowi PiS Jarosławowi Kaczyńskiemu - poinformował szef klubu Platformy Zbigniew Chlebowski. Chodzi o wypowiedzi prezesa PiS o Stefanie Niesiołowskim (PO). |
| Politycy o wizycie prezydenta w Azji: była potrzebna |
Oceny efektów azjatyckiej wyprawy prezydenta Lecha Kaczyńskiego są podzielone. Grzegorz Dolniak z PO uważa, że zabrakło konkretów, odmiennego zdania jest Mariusz Kamiński z PiS, który uważa, że prezydenckie wojaże zaprocentują w przyszłości. Takie wizyty są po prostu potrzebne - podsumowuje poseł Lewicy, Tadeusz Iwiński. |
| Nowy Targ: wybuch gazu, dwie osoby nie żyją |
Dwie osoby zginęły, a trzy są ciężko ranne. To wynik zawalenia się domu jednorodzinnego przy ulicy Waksmundzkiej w Nowym Targu. Przyczyny wybuchu gazu nie są na razie znane. |
| Medyka: ''Mrówki'' zgromadziły się przed Urzędem Miasta |
Około stu osób, tzw. mrówek, zebrało się przed Urzędem Miasta Przemyśla. Protestują przeciwko zmianom przepisów celnych, które pozwalają przenosić przez granicę tylko 40 sztuk papierosów. |
| Amnestia dla wszystkich, którzy unikali służby wojskowej |
Zamknęliśmy 90-letni rozdział armii z przymusu - powiedział minister obrony narodowej Bogdan Klich. Dodał, że podpisany został rozkaz w sprawie uchylenia kart powołania. Dotyczyć będzie także tych, którzy mieli się stawić do poboru w ostatnich trzech dniach. |
