Teoria della repulsione delle coppie di elettroni Shell Valence

La teoria della repulsione delle coppie di elettroni di Valence Shell (VSEPR) è un modello molecolare per prevedere la geometria degli atomi che formano una molecola in cui le forze elettrostatiche tra gli elettroni di valenza di una molecola sono minimizzate attorno a un atomo centrale.

La teoria è anche conosciuta come teoria di Gillespie-Nyholm, dopo i due scienziati che l'hanno sviluppata). Secondo Gillespie, il principio di esclusione di Pauli è più importante nel determinare la geometria molecolare che l'effetto della repulsione elettrostatica.

Secondo la teoria VSEPR, il metano (CH₄) la molecola è un tetraedro perché i legami idrogeno si respingono e si distribuiscono uniformemente attorno all'atomo di carbonio centrale.

Utilizzo di VSEPR per prevedere la geometria delle molecole

Non è possibile utilizzare una struttura molecolare per prevedere la geometria di una molecola, sebbene sia possibile utilizzare la struttura di Lewis. Questa è la base per la teoria VSEPR. Le coppie di elettroni di valenza si organizzano naturalmente in modo tale da essere il più distanti l'una dall'altra. Questo riduce al minimo la loro repulsione elettrostatica.

Prendi, ad esempio, BeF₂. Se osservi la struttura di Lewis per questa molecola, vedi che ogni atomo di fluoro è circondato da coppie di elettroni di valenza, ad eccezione dell'un elettrone che ogni atomo di fluoro ha che è legato all'atomo centrale di berillio. Gli elettroni di valenza del fluoro si allontanano il più possibile o di 180 °, dando a questo composto una forma lineare.

Se aggiungi un altro atomo di fluoro per creare BeF₃, il più lontano che le coppie di elettroni di valenza possono ottenere l'una dall'altra è 120 °, che forma una forma trigonale planare.

Obbligazioni doppie e triple nella teoria VSEPR

La geometria molecolare è determinata dalle possibili posizioni di un elettrone in un guscio di valenza, non da quante coppie di elettroni di valenza sono presenti. Per vedere come funziona il modello per una molecola con doppi legami, considerare l'anidride carbonica, CO₂. Mentre il carbonio ha quattro coppie di elettroni di legame, ci sono solo due posti in cui questa molecola può essere trovata (in ciascuno dei doppi legami con l'ossigeno). La repulsione tra gli elettroni è minima quando i doppi legami sono sui lati opposti dell'atomo di carbonio. Ciò forma una molecola lineare che ha un angolo di legame di 180 °.

Per un altro esempio, considerare lo ione carbonato, CO₃^2-. Come per l'anidride carbonica, ci sono quattro coppie di elettroni di valenza attorno all'atomo di carbonio centrale. Due coppie sono in singoli legami con atomi di ossigeno, mentre due coppie fanno parte di un doppio legame con un atomo di ossigeno. Ciò significa che ci sono tre posizioni per gli elettroni. La repulsione tra gli elettroni è ridotta al minimo quando gli atomi di ossigeno formano un triangolo equilatero attorno all'atomo di carbonio. Pertanto, la teoria VSEPR prevede che lo ione carbonato assumerà una forma trigonale planare, con un angolo di legame di 120 °.

Eccezioni alla teoria VSEPR

La teoria della repulsione della coppia di elettroni di Valence Shell non prevede sempre la corretta geometria delle molecole. Esempi di eccezioni includono:

• molecole di metalli di transizione (ad es. CrO₃ è bipiramidale trigonale, TiCl₄ è tetraedrico)
• molecole di elettroni dispari (CH₃ è planare piuttosto che trigonale piramidale)
• alcuni AX₂E₀ molecole (ad es. CaF₂ ha un angolo di legame di 145 °)
• alcuni AX₂E₂ molecole (ad es. Li₂O è lineare anziché piegato)
• alcuni AX₆E₁ molecole (ad es. XeF₆ è ottaedrica piuttosto che piramidale pentagonale)
• alcuni AX₈E₁ molecole

fonte

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews vol. 252, pagg. 1315-1327, "Cinquant'anni del modello VSEPR"