מודל VSEPR

מודל VSEPR (ראשי תיבות באנגלית: Valence shell electron pair repulsion – מודל הדחייה בין זוגות האלקטרונים ברמות הערכיות) היא תאוריה המנבאת את הצורה הגאומטרית של המולקולות. תאוריה זו מתחשבת בעובדה שזוג אלקטרונים בלתי קושרים (שלא משמשים ליצירת קשר קוולנטי על ידי שיתוף אלקטרונים בין האטומים) דוחים זה את זה. המודל נקרא לעיתים מודל גילספי-נייהולם, על שם שני ההוגים העיקריים שלו.

תאוריה זו מסבירה בין היתר את צורתה הליניארית של המולקולה CO2 לעומת מולקולת H2O המכופפת (וזו הסיבה שהיא פולרית (קוטבית) ופחמן דו-חמצני אינו פולרי) מכיוון שלמים יש שני זוגות אלקטרונים שלא משתתפים ביצירת הקשר והם דוחים זה את זה ואת האלקטרונים הקושרים, ואילו בפחמן דו-חמצני אין אלקטרונים לא קושרים.

את מודל VSEPR מקובל להשוות עם תאוריית הקשר הערכי (Valence bound theory), אשר מתארת את צורת המולקולה על פי אורביטלים אשר זמינים אנרגטית לקשר, ובה מסווגים הקשרים לקשרי סיגמא ופאי. תאוריית האורביטלים המולקולריים היא מודל נוסף המסביר כיצד אטומים ואלקטרונים מרכיבים מולקולה.

ההנחה כי יש קשר בין הגאומטריה המולקולרית לבין מספר אלקטרוני הערכיות הוצגה עוד ב-1940 בהרצאת בייקר שנשאו נוויל סידג'ויק והרברט פאוול מאוניברסיטת אוקספורד. ב-1957 רונלד גילספי ורונלד סידני נייהולם מהקולג' האוניברסיטאי של לונדון ניסחו זאת לכדי תאוריה מפורטת המאפשרת לבחור מבין מספר גאומטריות חלופיות.

שיטת AXE
"שיטת AXE" של ספירת אלקטרונים היא נוסחה כללית המשמשת לעיתים קרובות בעת שימוש בתאוריית VSEPR. ה-A מייצג את האטום המרכזי והמספר המצוין תחתיו הוא תמיד אחד. ה-X מייצג את המספר של קשרי סיגמא בין האטומים המרכזיים לאטומים הקשורים אליהם. קשרים קוולנטים מרובים (כפולים, משולשים) נספרים כ X יחיד' (כיוון שבכל קשר קוולנטי הקשר הראשון הוא קשר סיגמא והקשרים הנוספים במידה וקיימים יהיו קשרי פאי). ה-E מייצג את מספר זוגות האלקטרונים הלא קושרים סביב האטום המרכזי. הסכום של X ו-E, ידוע כמספר סטרי (steric number), קשור גם במספר הכולל של האורביטלים המוכלאים המשמש את תאוריית הקשר הערכי (VB).

בהסתמך על המספר הסטרי והחלוקה של X'''s ו-E'''s, מודל VSEPR מנבא את צורת המולקולה כמובע בטבלאות הבאות. הגאומטריות נקראות על פי מיקומי האטומים בלבד, ולא על פי סידור האלקטרונים. למשל התיאור של AX2E1 כזוויתית מציין כי AX2 היא מולקולה זוויתית ללא התייחסות לזוג הלא קושר, על אף שהזוג הלא קושר מסייע בקביעת הגאומטריה של המולקולה.
מספר  סטריגאומטריה בסיסית  0 זוגות לא קושריםזוג 1 לא קושר2 זוגות לא קושרים3 זוגות לא קושרים2  128px  קווית  3  128px  מישורית משולשת  128px  זוויתית  4  128px  טטראהדרית  128px  פירמידה משולשת  128px  זוויתית 5  128px  דו-פירמידה משולשת  128px  נדנדה (Seesaw)  128px  צורת T  128px  קווית6  128px  אוקטאהדרית  128px  פירמידה מרובעת  128px  מישורית ריבועית 7  128px  דו-פירמידה מחומשת 128px  פירמידה מחומשת  8  Square antiprismatic   

 סוג מולקולה צורה סידור אלקטרונים גאומטריהזוויות הזוגות הקושרים דוגמאות AX1En דו אטומי 100px 100px180° HF, O2 AX2E0 קווית 100px 100px180° BeCl2, HgCl2, CO2 AX2E1 זוויתית 100px 100px120° NO2−, SO2, O3 AX2E2 זוויתית 100px 100px109.5° H2O, OF2 AX2E3 קווית 100px 100px180° XeF2, I3− AX3E0 מישורית משולשת
(משולש מישורי) 100px 100px120° BF3, CO32−, NO3−, SO3 AX3E1 פירמידה משולשת 100px 100px107° NH3, PCl3 AX3E2 צורת T 100px 100px180°,90° ClF3, BrF3 AX4E0 טטראהדרית 100px 100px109.5° CH4, PO43−, SO42−, ClO4− AX4E1 נדנדה (Seesaw) 100px 100px180°,120°,90° SF4 AX4E2 מישורית ריבועית 100px 100px180°,90° XeF4 AX5E0 דו-פירמידה משולשת 100px 100px180°,120°,90° PCl5 AX5E1 פירמידה מרובעת 100px 100px180°,90° ClF5, BrF5 AX6E0 אוקטאהדרית 100px 100px180°,90° SF6 AX6E1 פירמידה מחומשת 100px 100px144°, 90°, 72° XeOF5−, IOF52− AX7E0 דו-פירמידה מחומשת 100px 100px180°, 90°, 72° IF7 AX8E0 Square antiprismatic XeF

הערות שוליים

קטגוריה:ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
קטגוריה:סטריאוכימיה
קטגוריה:כימיה קוונטית
קטגוריה:כימיה: תאוריות