نظرية فسيبر

نظرية فسيبر  (نظرية تدافع الزوج الإلكتروني في مدارات التكافؤ VSEPR من الإنجليزية: Valence shell electron pair repulsion theory) هي نموذج يستخدم في الكيمياء بغرض تعيين الشكل الهندسي الذي يتخذه جزيء على أساس عدد الإلكترونات المزدوجة التي تحيط بالذرة المركزية.Jolly, W. L.,Modern Inorganic Chemistry, McGraw-Hill, 1984, p.77-90. ISBN 0-07-032760-2 تسمى هذه النظرية أيضا باسم مكتشفيها «نظرية غليبسي -نيهولم»؛ حيث صاغها العالمان: «رونالد غليبسي» و«سير رونالد سيدني نيهولم».
تصغير|يسار|نموذجان من فسيبر  لإثنين وثلاثة من أزواج الإلكترونات.
بالنسبة إلى الاختصار VSEPR فهو ينطق بالإنجليزية ves-per"Petrucci R.H., Harwood W.S. and Herring F.G. General Chemistry: Principles and Modern Applications (Prentice-Hall 8th ed. 2002) p.410 ISBN 0-13-014329-4 أو "vuh-seh-per" من بعض الكيميائيين.

يستند العالمان في نظريتهما إلى أن إلكترونات التكافؤ المزدوجة التي تحيط بذرة تتنافر عن بعضها البعض بسبب شحنتها السالبة؛ وعلى هذا السبيل فإنهما سوف يتخذان دورانا في شكل هندسي يخفض من شدة تنافرهما؛ بذلك يشكلان الشكل الهندسي للجزيء ككل. كما أكد «غليبسي» على أن التنافر بين إلكترونين الناشىء عن مبدأ استبعاد باولي يكون أقوى في تكوين شكل الجزيء من تأثير التنافر الإلكتروستاتيكي بينهما.
<ref name="Fiftyyears">R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol.252, pp.1315-1327, Fifty years of the VSEPR model</ref>

تستند نظرية فسيبر على مشاهدات كثافة الإلكترونات في الجزيئات أكثر من استنادها على حسابات الدوال الموجية النظرية، وما يتعلق بها من أوربتالات ذرية هجينية.

فنظرية فسيبر هي نظرية نوعية، حيث أنها تقترح هيكلا للجزيئات يمكن تمثيله نظريا في «دالة تموضع الإلكترون» وفي نظرية الكم للذرات في الجزيئات QTAIM.

 نظرة عامة 

تستخدم نظرية فسيبر لاستنباط توزيع الإلكترونات المزدوجة حول ذرة غير ذرة هيدروجين في جزيء، وبصفة خاصة لجزيئات بسيطة وذات تناظر symmetric molecules ، حيث تكون الذرة المركزية مشتركة في رابطات مع 2 أو أكثر من الذرات الأخرى. تشكل تلك الذرات المركزية وما يحوم حولها من إلكترونات مزدوجة - لا تشارك في الرابطة - مفتاحا لتعيين الشكل الهندسي للجزيء ككل.

يعين عدد الإلكترونات المزدوجة في غلاف إلكترونات التكافؤ في الذرة المركزية عن طريق رسم هيكل لويس للجزيء، ثم توسيعه بحيث يتضمن مجموعات الروابط الأخرى والإلكترونات المنفردة.R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring, General Chemistry (8th ed., Prentice-Hall 2002) pp.410-417. ISBN 0-13-014329-4
تتعامل نظرية فسيبر مع رابطة ثنائية أو رابطة ثلاثية على انها رابطة جماعية منفردة. ويعرف عدد الذرات المترابطة مع الذرة المركزية وكذلك عدد الإلكترونات المنفردة المتكونة من إلكترونات تكافؤ غير مرتبطة بأنها عدد تجسيمي للذرة المركزية.

و تعتبر النظرية أن الإلكترونات المزدوجة تقع على سطح كرة حول الذرة المركزية، محاولة شغل أماكن تخفض من قوة تنافرها عن طريق توجهها إلى مواقع بعيدة عن بعضها البعض.
G.L. Miessler and D.A. Tarr, Inorganic Chemistry (2nd ed., Prentice-Hall 1999) pp.54-62. ISBN 0-13-841891-8
وبناءا على ذلك فعدد الإلكترونات المزدوجة (أو المجموعات) تحدد الشكل الهندسي الكلي للجزيء. وعلى سبيل المثال، إذا وجد اثنان من أزواج الإلكترونات يحيطون بالذرة المركزية فيكون أقل تنافر بينهم عندما يكون كل زوج على ناحية مضادة للزوج الآخر على «قطبي» الكرة. وبذلك يكون الشكل المتوقع للجزيء شكلا مستقيما. وإذا كان هناك ثلاثة أزواج من الإلكترونات المزدوجة تحيط بالذرة المركزية، فيكون أقل تنافر بينهم عندما يتخذون مواقع اطراف مثلث متساوي الأضلاع حول الذرة المركزية؛ أي تنشأ بنية جزيئية مستوية ثلاثية. وبالمثل لأربعة أزواج إلكترونات، فيؤدون إلى أنسب هيكل في شكل رباعي الأسطح.

 قواعد مستنبطة من النظرية 

استنبطت من نموذج فسيبر القواعد التالية للنوع
AXn:

 زوج الإلكترونات الخاصة بالذرة المركزية A في الجزيء يتشكل بحيث تكون المسافة بينهما أكبر ما يمكن.
 أزواج الإلكترونات الحرة (ويرمز لها بالرمز E) في الجزيء من التصنيف AXnEm يشغلون حجما أكبر من الحجم الذي تشغله زوج الإلكترونات الرابطة، وتؤدي إلى تضخيم الزاوية X-A-E وتصغير الزاوية X-A-X.
 الإلكترونات المنفردة الحرة في بقية أو بقايا تشغل احجاما أصغر مما يشغله أزواج الإلكترونات الحرة.
 وجود اختلاف كبير في الكهروسلبية بين A وX تقلل من حجم الرابطة الكيميائية.
 تحتاج الرابطة كثيرة العدد (رابطة ثنائية أو رابطة ثلاثية) إلى شغل حجم أكبر مما تحتاجة الرابطة الأحادية، حيث يتصاعد الحجم اللازم للرابطة بتصاعد رتبة الرابطة.

وبغرض تعيين البنية التقديرية لجزيء تؤخذ روابط سيغما في الحسبان فقط، أي أن الروابط المتعددة تعتبر في تلك الحالة روابط أحادية.

 الذرة المركزية الصغيرة التي تكون مرتبطة بربيطات كبيرة Ligand تؤثر على
بنيتها الإلكترونية (استقطاب) وتجعلها تحتاج إلى أحجام تزيد عن الحجم الذي يشغله زوج إلكترونات حرة.

 استنباطات عند وجود أزواج إلكترونات حرة على الذرة المركزية 

إذا لم تكن هناك أزواج إلكترونات حرة على الذرة المركزية يمكن ان تكون بنية الجزيء بسيطة عن طريق تعيين عدد البقايا المرتبطة بالذرة المركزية.
كذلك يمكن تعيين بنية جزيء تكون فيه الذرة المركزية مرتبطة بواحد أو أكثر من أزواج الإلكترونات الحرة. فتعامل أزواج الإلكترونات الحرة معاملة البقايا المرتبطة وتميز بالرمز ψ“ . وبهذه الطريقة يصل المرء إلى «شبه هيكل» الجزيء.

مـــثال:
تصغير|يسار|170px|جزيء الماء
ذرة الأكسجين في جزيء الماء وهي الذرة المركزية ويرتبط بها 2 من ذرات الهيدروجين
في رابطتين تساهميتين، فتكون (X = 2) ولها 2 من أزواج الإلكترونات الحرة (أي أن E = 2). ومنها نحصل على العدد
 = 2 + 2 = 4 من «أشباه البقايا» أي شكل هيكلي شبيه برباعي السطوح، يمكن وصفه "برباعي سطوح ψ2 ".

وبتصور «اهمال» أزواج الإلكترونات الحرة وغض النظر عنهم تتبقى بنية جزيء الماء الحقيقية ذات زاوية تحددها أنوية الذرات.

مثال آخر:

نعطي هنا مثال آخر لحالة "رباعي سطوح ψ''1 " يمتلك زوج إلكترونات حرة واحد، ذلك هو جزيء الأمونيا NH3.

 # نوع الجزيء (a) مثال Ψ - بنية / شبه هيكل (b) البنية الحقيقية (c) الزاوية 1  64pxAX1  H2  64pxlinear  64pxخطي  180°2  128pxAX2  BeCl2 CO2  64pxخطي  64pxlinear 180° 128pxAX1E1   64pxخطي  64pxخطي  180°3  64pxAX3  BF3NO3−CO32−  64pxtrigonal planar  64pxمثلثي مسطح  120° 64pxAX2E  SO2O3NO2−  64pxمثلثي مسطح 64pxمنحني  ca. 115° 64pxAX1E2   64pxمثلثي مسطح  64pxخطي  180°4  64pxAX4  CH4SO42− PO43−ClO4−  64pxtetraedrisch  64pxرباعي سطوح  109,5° 64pxAX3E  NH3PCl3  64pxtetraedrisch  64px مثلثي هرمي  ca. 107° 64pxAX2E2  H2O  64pxtetraedrisch  64pxمنحني  ca. 105° 64pxAX1E3  HCl  64pxtetraedrisch  64pxlinear  180°5  64pxAX5  PCl5  64px trigonal-bipyramidal  64pxtrigonal-bipyramidal  120° / 90° 64pxAX4E  SF4, SCl4  64pxtrigonal-bipyramidal  64px"Wippe", bisphenoidal  ca. 175° / 110° 64pxAX3E2  ClF3  64pxtrigonal-bipyramidal  64pxT-förmig  ca. 87,5° 64pxAX2E3  XeF2  64pxtrigonal-bipyramidal  64pxlinear  180°6  64pxAX6  SF6  64pxoktaedrisch  64pxoktaedrisch  90° 64pxAX5E  ClF5  64pxoktaedrisch  64pxquadratisch-pyramidal  ca. 85° 64pxAX4E2  XeF4  64pxoktaedrisch  64pxquadratisch-planar  90°7  72pxAX7  IF7  64pxpentagonal-bipyramidal  64pxpentagonal-bipyramidal  90° / 72° 72pxAX6E  [XeOF5]−  64pxpentagonal-bipyramidal  64pxpentagonal-pyramidal  ca. 90° / ca. 72° 72pxAX5E2  XeF5−  64pxpentagonal-bipyramidal  64pxpentagonal-planar  72°8  AX8  IF8−  tetragonal-antiprismatisch  tetragonal-antiprismatisch 78° / 73°

ملاحظات:
 (a)
الذرة المركزية: A, بقية: X ، وزوج إلكترونات: E

 (b)
زوج إلكترونات غير مرتبط (أصفر فاتح)، معتبر كبقية مرتبطة
 (c)
التوزيع الفراغي الحقيقي للذرات

 المراجع 

 اقرأ أيضًا 
 عدد تجسيمي

تصنيف:بنية جزيئية
تصنيف:ترابط كيميائي
تصنيف:كيمياء فراغية
تصنيف:كيمياء كمومية
تصنيف:نظريات كيميائية