VSEPR-teoria

VSEPR-teoria () eli elektroniparien repulsioteoria on teoreettisen kemian malli, jota käytetään ennustamaan molekyylien kolmiulotteista muotoa. Se perustuu olettamukseen elektroniparien välisistä repulsiovoimista ja soveltuu erityisesti yksinkertaisten molekyylien muodon ennustamiseen.

Historia
Vuonna 1940 Nevil Sidgwick ja Herbert Powell esittivät teorian, jonka mukaan molekyylien muoto riippuu molekyylien sitoutuneiden elektroniparien ja vapaiden elektroniparien määrästä. Ronald Gillespie ja Ronald Sydney Nyholm kehittivät teoriaa edelleen ja julkaisivat sen vuonna 1957.

Periaatteet
VSEPR-teorian mukaan molekyylien kolmiulotteisen muodon määräävät molekyylin keskusatomin uloimmalla elektronikuorella, valenssikuorella, sijaitsevat elektroniparit. Teorian mukaan jokainen keskusatomin uloimman kuoren sitoutunut tai vapaa elektronipari on stereokemiallisesti merkittävä. VSEPR-teorian mukaan rakenne keskusatomin ympärillä on sellainen, että repulsiovoimat elektroniparien välillä ovat mahdollisimman pienet. Tämä tarkoittaa sitä, että substituentit keskusatomin ympärillä ovat mahdollisimman etäällä toisistaan. Suurimmat repulsiovoimat ovat vapaiden elektroniparien välillä, hieman pienemmät vapaan elektroniparin ja sitoutuneen elektroniparin ja pienimmät sitoutuneiden elektroniparien välillä. Teoria ei ota huomioon steerisiä tekijöitä eli atomien kokoa. VSEPR-teoriassa oletetaan myös, että uloimpien atomiorbitaalien eli s-, p- ja d-orbitaalien energiatilat ovat degeneroituneita eli niiden energioiden välillä ei ole eroja.

VSEPR-teoria soveltuu parhaiten jaksollisen järjestelmän p-lohkoon kuuluvien alkuaineiden yhdisteiden kolmiulotteisen muodon ennustamiseen, mutta niissäkin on poikkeuksia, joissa rakenne poikkeaa VSEPR-teorian avulla ennustetusta, koska niissä on sellaisia vapaita elektronipareja, joilla ei ole vaikutusta molekyylien muotoon. Siirtymämetallien yhdisteiden muodon ennustamiseen VSEPR-teoria ei sovellu.

Molekyylien perusmuodot
Molekyylien perusmuoto riippuu keskusatomien koordinaatioluvusta. Koordinaatiolukuun lasketaan sekä keskusatomiin liittyneet substituentit että vapaat elektroniparit. Perustyypit ovat lineaarinen, tasokolmio, tetraedrimäinen, trigonaalinen bipyramidi, oktaedrimäinen, pentagonaalinen bipyramidi ja neliömäinen antiprisma. Nämä ovat VSEPR-teorian mukaan molekyylien geometriat, jos keskusatomilla ei ole vapaita elektronipareja. Vapaat elektroniparit aiheuttavat muodon vääristymistä. Esimerkiksi metaanissa, ammoniakissa ja vedessä on koordinaatioluku kaikissa neljä. Metaani on tetraedrimäinen, ammoniakissa on yksi vapaa elektronipari typellä ja se on muodoltaan trigonaalinen pyramidi, vedessä hapella on kaksi vapaata elektroniparia ja molekyyli on taipunut ja muistuttaa V-kirjainta.

Perusgeometria  Ei vapaita elektronipareja1 vapaa elektronipari2 vapaata elektroniparia3 vapaata elektroniparia2  128px  Lineaarinen (BeF2)         3  128px  Tasokolmio (BF3)  128px  Taipunut (CCl2)</center>    4  128px  Tetraedrimäinen (CH4)  128px  Trigonaalinen pyramidi (NH3)  128px   Taipunut (H2O)</center>   5  128px  Trigonaalinen bipyramidi (PCl5)  128px  Disfenoidi (SF4)  128px  T-mallinen (ClF3)  128px  Lineaarinen (I3-)6  128px   Oktaedri (SF6)  128px   Neliöpohjainen pyramidi (BrF5)  128px  Tasoneliö (XeF4)   7  128px  Pentagonaalinen bipyramidi (IF7) 128px  Pentagonaalinen pyramidi (XeOF5-)  128px  Tasomainen viisikulmio (XeF5-)   8   Neliömäinen antiprisma (ZrF84-)          

Katso myös
Valenssisidosteoria
Bent-sääntö

Lähteet

Luokka:Kemiallinen sitoutuminen
Luokka:Molekyylimallinnus