מודל VSEPR

מודל VSEPR (ראשי תיבות באנגלית: Valence shell electron pair repulsionמודל 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 AXEעריכה

"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 וE, 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 וE'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
סטרי
גאומטריה בסיסית
0 זוגות לא קושרים
זוג 1 לא קושר 2 זוגות לא קושרים 3 זוגות לא קושרים
2  
קווית
3  
מישורית משולשת
 
זוויתית
4  
טטראהדרית
 
פירמידה משולשת
 
זוויתית
5  
דו-פירמידה משולשת
 
נדנדה (Seesaw)
 
צורת T
 
קווית
6  
אוקטאהדרית
 
פירמידה מרובעת
 
מישורית ריבועית
7  
דו-פירמידה מחומשת
 
פירמידה מחומשת
8 Square antiprismatic
סוג מולקולה צורה סידור אלקטרונים גאומטריה זוויות הזוגות הקושרים דוגמאות
AX1En דו אטומי     180° HF, O2
AX2E0 קווית     180° BeCl2, HgCl2, CO2
AX2E1 זוויתית     120° NO2, SO2, O3
AX2E2 זוויתית     109.5° H2O, OF2
AX2E3 קווית     180° XeF2, I3
AX3E0 מישורית משולשת     120° BF3, CO32−, NO3, SO3
AX3E1 פירמידה משולשת     107° NH3, PCl3
AX3E2 צורת T     180° ,90° ClF3, BrF3
AX4E0 טטראהדרית     109.5° CH4, PO43−, SO42−, ClO4
AX4E1 נדנדה (Seesaw)     180° ,120° ,90° SF4
AX4E2 מישורית ריבועית     180° ,90° XeF4
AX5E0 דו-פירמידה משולשת     180° ,120° ,90° PCl5
AX5E1 פירמידה מרובעת     180° ,90° ClF5, BrF5
AX6E0 אוקטאהדרית     180° ,90° SF6
AX6E1 פירמידה מחומשת     144°, 90°, 72° XeOF5, IOF52−[1]
AX7E0 דו-פירמידה מחומשת     180°, 90°, 72° IF7
AX8E0 Square antiprismatic XeF 2−8
† סידור האלקטרונים כולל זוגות לא קושרים, אשר מסומנים בצהוב
‡ גאומטריה נצפית (ללא זוגות לא קושרים)

הערות שולייםעריכה