価電子殻電子対反発理論

VSEPR と分子幾何学の関係

VSEPR 理論を使用して、メタン分子の四面体形状を予測することができます。ゲッティイメージズ/ JC559

価電子殻電子対反発理論 (VSEPR) を予測するための分子モデルです。 ジオメトリー を構成する原子の 分子 分子間の静電力 価電子 中心付近で最小化されます 原子 .

この理論は、それを開発した 2 人の科学者にちなんで、Gillespie-Nyholm 理論としても知られています)。ギレスピーによれば、 パウリの排除原理 静電反発力の効果よりも、分子の形状を決定する上でより重要です。

VSEPR 理論によると、メタン (CH₄) 分子は、水素結合が互いに反発し合い、中心の炭素原子の周りに均等に分布するため、四面体です。

VSEPR を使用して分子の形状を予測する

分子構造を使用して分子の形状を予測することはできませんが、 ルイス構造 .これが VSEPR 理論の基礎です。価電子対は、互いにできるだけ離れるように自然に配置されます。これにより、静電反発力が最小限に抑えられます。

たとえば、BeF₂.この分子のルイス構造を見ると、中央のベリリウム原子に結合している各フッ素原子が持つ 1 つの電子を除いて、各フッ素原子が価電子対に囲まれていることがわかります。フッ素の価電子は、この化合物に線形の形状を与え、可能な限り、または 180° 引き離します。

別のフッ素原子を追加して BeF にする場合₃、価電子対が互いに得ることができる最も遠いところは120°であり、三角形の平面形状を形成します。

VSEPR 理論における二重結合と三重結合

分子の幾何学は、価電子のペアがいくつ存在するかではなく、価電子殻内の電子の可能な位置によって決定されます。モデルが二重結合を持つ分子に対してどのように機能するかを確認するには、二酸化炭素、CO を考えてください。₂.炭素には 4 対の結合電子がありますが、この分子には電子が存在する場所が 2 つしかありません (酸素との各二重結合)。二重結合が炭素原子の反対側にある場合、電子間の反発は最小になります。これにより、結合角が 180° の線状分子が形成されます。

別の例として、炭酸イオン CO を考えてみましょう。₃^2-.二酸化炭素と同様に、中心の炭素原子の周りに 4 対の価電子があります。 2 つのペアは酸素原子との単結合にあり、2 つのペアは酸素原子との二重結合の一部です。これは、電子の場所が 3 つあることを意味します。酸素原子が炭素原子の周りに正三角形を形成すると、電子間の反発が最小限に抑えられます。したがって、 VSEPR理論 は、炭酸イオンが 120° の結合角を持つ三角形の平面形状をとると予測しています。

VSEPR 理論の例外

原子価殻電子対反発理論は、分子の正しい幾何学を常に予測するとは限りません。例外の例は次のとおりです。

• 遷移金属分子 (例えば、CrO₃三角両錐体、TiCl₄は四面体です）
• 奇数電子分子 (CH₃三角錐ではなく平面です）
• いくつかの斧₂と₀分子 (例えば、CaF₂結合角は 145°)
• いくつかの斧₂と₂分子（例えば、Li₂O は曲がっているのではなく直線的です)
• いくつかの斧₆と₁分子 (例えば、XeF₆五角錐ではなく八面体です）
• いくつかの斧₈と₁分子

ソース

R.J. Gillespie (2008)、Coordination Chemistry Reviews vol. 252、pp. 1315-1327、「VSEPR モデルの 50 年」