VSEPR теориясы

VSEPR теориясы — химияда байланысқан атомдар ядролары арқылы жүргізілетін жорамал сызықтар арасындағы бұрышын болжауға арналған модель болып табылады. ^[1]

VSEPRтің маңызы - атомды қоршаған валентті электрондардың жұптары бір-бірін тебуге бейімделген және осылайша арасындағы тебілуді азайту әдісін ескере отыру арқылы молекулалардың геометриясын анықтауға мүмкіндік аламыз. Гиллеспи, Паули шығарылу принципіне байланысты бір электронның екінші электронды тебуі, электростатикалық күштен гөрі молекулярлық геометрияны анықтауда маңызды екенін атап өтті. ^[2]

Бұл теория математикалық толқындық функцияларға емес, электрондардың тығыздығына негізделе отырып жасалған. Сәйкесінше, екеуінің де молекулярлық формаға ие болғанына қарамастан, ол орбитальды гибридтенумен байланысты емес. ^[3]

Тарихы

Молекулярлық геометриямен электрондар арасындағы корелляция идеясы 1939 жылы Жапондық ғалым Рютаро Цучида ұсынған болатын ^[4], ал 1940 жылы Нейвил Сиджвик пен Герберт Пауэлл «Бейкерлік дәрістер» кезінде Оксфорд университетінде жеке тақырып ретінде баршаға жариялаған болатын^[5]. 1957 жылы Лондон колледж университетінің профессорлары Рональд Гиллеспи мен Рональд Сидней Ньюгмол бар концепттің егжей тегжейін зерттеп, оның геометриясының жан-жақтылығына көз жеткізді. ^[6]^[7]

Теория негіздері

Айтылып кеткендей, VSEPR теориясы молекулалардағы сутегі емес атомдардың ай-наласында электрондық жұптардың орналасуын болжау үшін қолданылады, әсіресе қарапайым және симметриялық молекулаларды қарастырсақ, бұл жерде, орталық атомдар екі немесе оданда көп басқа атомдармен байланысады; осы негізгі атомдар-дың геометриясы және олардың өзара байланыспаған электрон жұптары өз кезегінде толықтай геометриясын анықтайды.

Орталық атомның валентті қабықшасындағы электрон жұптары молекуланың Льюис құрылымын салғанда ғана көрінеді, және ол байланысып тұрған топтар мен жұптаспаған электрондарды көрсетеді. VSEPR теориясында қос байланыс немесе үш еселік байланыс біріктірлген топ ретінде қарастырылады. Орталық атомға байланы-стырылған атомдардың санын және бір бірімен байланыспаған валентті электрондар-дан құралған жалғыз жұптар, орталық атомның стериялық саны ретінде мәлім. ^[8]

Электрондық жұптар (немесе бірнеше байланыстар болған жағдайда топтар) орталық атомда орналасқан шардың бетіне жатады деп болжанады және олар арасындағы қашықтықты барынша ұлғайта отырып, олардың өзара әрекеттерін барынша азайта-тын ұстанымдарды алады.^[8]Үлгі:Rp^[9] Сондықтан электронды жұптардың саны (немесе топтар) олар қабылдайтын жалпы геометрияны анықтайды. Мысалы, орталық атомды қоршап тұрған екі электронды жұп болған жағдайда, сфераның екі полюсіне ажыраған екі электронның тебілу күші минималдық болады. Сондықтан орталық атомның сыз-ықтық геометрияны, яғни жазықтықта180 градус бұрыш жасап тұрғаны анықталады. Осылайша, 4 электронды жұп оңтайлы орналасу тетраэдр болып табылады.

Тебілу бұрышы

Жалпы алғанда, молекулалардың геометриясын анықтауда, электрон жұптарының арасында байланыс бар ма, жоқ па екенін анықтау қажет. Байланыстырушы электронды жұп атомға тікелей жақын зарядталған ядросына жақын ұсталатын атомның емес (жалғыз) жұпына қарағанда, орталық атомнан жалғасатын сигма байланысымен бөліседі.

Көршілес атоммен сигма байланысымен байланысып тұрған байланыстырушы электрондық жұп, оң зарядталған жалғыздық жұбына қарағанда орталық атомнан алыс қашықтықта орналасқан. Сондықтан да, бұл теорияда жалғыз жұптар ең аз тебілетіндей етіліп орналасады. Осылайша, молекулаға екі күш әртүрлі тебілу деңгейімен әсер еткен жағдайда, VSEPR теориясы арқылы молекула құрылысын болжауға болады. Бұл құрылымда, жалғыз жұптар минималды тебілуге ұшырайды.

AXЕ әдісі

Электрондық есептеудің «AXЕ әдісі» VSEPR теориясын қолдану кезінде жиі пайда-ланылады. А-орталық атомды көрсетеді және әрдайым тұспалданған индексі бар. X лигандтардың әрқайсысын білдіреді (А-ға байланыстырылған атомдар). E электрон-дардың ортаңғы атомды қоршаған ортасындағы жалғыз электрондық жұптардың санын білдіреді. X және E сандары стериялық сан деп аталады.

Стериялық сан мен X пен Е-дің таралуы негізінде VSEPR теориясы келесі кестелердегідей болжамдарды жасайды. Назар аударыңыз, геометрия электронның орналасуына емес, тек атом позицияларына сәйкес аталады. Мысалы, AX2E1-дің молекуласының геометриясына сәйкес, AX2 бірдей сызықта болмайтынын білдіреді, бірақ жалғыз жұп геометрияны анықтауға көмектеседі.

Steric number	Molecular geometry^[10] 0 lone pairs	Molecular geometry^[8]Үлгі:Rp 1 lone pair	Molecular geometry^[8]Үлгі:Rp 2 lone pairs	Molecular geometry^[8]Үлгі:Rp 3 lone pairs
2	Linear (CO₂)
3	Trigonal planar (BCl₃)	V-shape (SO₂)
4	Tetrahedral (CH₄)	Trigonal pyramidal (NH₃)	Bent (H₂O)
5	Trigonal bipyramidal (PCl₅)	Seesaw (SF₄)	T-shaped (ClF₃)	Linear (I₃-)
6	Octahedral (SF₆)	Square pyramidal (BrF₅)	Square planar (XeF₄)
7	Pentagonal bipyramidal (IF₇)^[9]	Pentagonal pyramidal (XeOF₅-)^[11]	Pentagonal planar (XeF₅-)^[12]Үлгі:Rp
8	Square antiprismatic (TaF₈3-)^[9]
9	Tricapped trigonal prismatic (ReH₉2-)^[12]Үлгі:Rp or Capped square antiprismatic^{[дереккөзі?]}

Мысалдар

Метан молекуласы (CH4) тетраэдралық болып табылады, өйткені төрт жұп электрон бар. Төрт сутегі атомы тетраэдр шыңдарында орналасады және байланысбұрышы cos-1 (- 1/3) ≈ 109 ° 28 '. Бұлмолекуланың AX4 түрі деп аталады. Жоғарыда аталып өткендей, A орталық атомды білдіреді және X сыртқы атомды білдіреді. Аммиак молекуласы (NH3) үш жұп электрон байланысқан, бірақ азот атомында элек-трондардың жалғыз жұп электроны бар. Басқа атоммен байланыспаған; дегенмен, ол негізгі пішіннің өзгеріуне тебілулер арқылы әсер етеді. Жоғарыдағы метанда мәселен, электрондық тығыздықтың төрт аймағы бар. Сондықтан аймақтардың электрондардың тығыздығының жалпы бағыты тетраэдралы болып табылады. Екінші жағынан, тек үш сыртқы атом бар. БұлAX3E типті молекула деп аталады, себебі жалғыз жұп Е болып табылады. Молекулалық пішіні немесе геометриясы тек атом ядроларының геометри-ялық орналасуын сипаттайды, бұл тек аммиак молекуласы болғандықтан тригональды пирамида болып табылады.

Сыртқы сілтемелер

3D Chem – Chemistry, structures, and 3D Molecules
IUMSC – Indiana University Molecular Structure Center

Оқу материалдары

Chemistry: Foundations and Applications — New York: Macmillan. — Vol. 3. — P. 99–104.

Дереккөздер

↑ Jolly W. L. Modern Inorganic Chemistry — McGraw-Hill, 1984. — P. 77–90.
↑ Gillespie, R. J. (2008). "Fifty years of the VSEPR model". Coord. Chem. Rev. 252: 1315–1327. doi:10.1016/j.ccr.2007.07.007. ISSN 0010-8545.
↑ Gillespie, R. J. (2004), "Teaching molecular geometry with the VSEPR model", J. Chem. Educ. 81 (3): 298–304, doi:10.1021/ed081p298
↑ Tsuchida, Ryutarō (1939). (in Japanese)J. Chem. Soc. Jpn. 60 (3): 245–256. doi:10.1246/nikkashi1921.60.245.
↑ Sidgwick, N. V.; Powell, H. M. (1940). "Bakerian Lecture. Stereochemical Types and Valency Groups". Proc. Roy. Soc. A 176: 153–180. Bibcode 1940RSPSA.176..153S. doi:10.1098/rspa.1940.0084. http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/176/965/153.abstract.
↑ Gillespie, R. J.; Nyholm, R. S. (1957). "Inorganic stereochemistry". Quart. Rev. Chem. Soc. 11: 339. doi:10.1039/QR9571100339.
↑ Gillespie, R. J. (1970). "The electron-pair repulsion model for molecular geometry". J. Chem. Educ. 47 (1): 18. Bibcode 1970JChEd..47...18G. doi:10.1021/ed047p18.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e General Chemistry: Principles and Modern Applications — 8th. — Prentice-Hall, 2002.
↑ ^a ^b ^c Inorganic Chemistry — 2nd. — Prentice-Hall, 1999. — P. 54–62.
↑ General Chemistry: Principles and Modern Applications — 8th. — Prentice-Hall, 2002. — P. 413–414 (Table 11.1).
↑ Дереккөз қатесі: Жарамсыз <ref> тегі; no text was provided for refs named Baran2000
↑ ^a ^b Дереккөз қатесі: Жарамсыз <ref> тегі; no text was provided for refs named Housecroft

[Jolly-1] Jolly W. L. Modern Inorganic Chemistry — McGraw-Hill, 1984. — P. 77–90.

[Fiftyyears-2] Gillespie, R. J. (2008). "Fifty years of the VSEPR model". Coord. Chem. Rev. 252: 1315–1327. doi:10.1016/j.ccr.2007.07.007. ISSN 0010-8545.

[3] Gillespie, R. J. (2004), "Teaching molecular geometry with the VSEPR model", J. Chem. Educ. 81 (3): 298–304, doi:10.1021/ed081p298

[4] Tsuchida, Ryutarō (1939). (in Japanese)J. Chem. Soc. Jpn. 60 (3): 245–256. doi:10.1246/nikkashi1921.60.245.

[5] Sidgwick, N. V.; Powell, H. M. (1940). "Bakerian Lecture. Stereochemical Types and Valency Groups". Proc. Roy. Soc. A 176: 153–180. Bibcode 1940RSPSA.176..153S. doi:10.1098/rspa.1940.0084. http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/176/965/153.abstract.

[Gill1957-6] Gillespie, R. J.; Nyholm, R. S. (1957). "Inorganic stereochemistry". Quart. Rev. Chem. Soc. 11: 339. doi:10.1039/QR9571100339.

[7] Gillespie, R. J. (1970). "The electron-pair repulsion model for molecular geometry". J. Chem. Educ. 47 (1): 18. Bibcode 1970JChEd..47...18G. doi:10.1021/ed047p18.

[Petrucci-8] General Chemistry: Principles and Modern Applications — 8th. — Prentice-Hall, 2002.

[Miessler-9] Inorganic Chemistry — 2nd. — Prentice-Hall, 1999. — P. 54–62.

[PetrucTable-10] General Chemistry: Principles and Modern Applications — 8th. — Prentice-Hall, 2002. — P. 413–414 (Table 11.1).

[Baran2000-11] Дереккөз қатесі: Жарамсыз <ref> тегі; no text was provided for refs named Baran2000

[Housecroft-12] Дереккөз қатесі: Жарамсыз <ref> тегі; no text was provided for refs named Housecroft

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]