Geometrie molekul

Nejprve spočítejte elektronové domény

Jednoduchá, dvojná i trojná vazba se ve VSEPR počítá jako jedna směrová doména. Každý volný pár tvoří další doménu. Dvě domény dávají lineární, tři trigonálně planární a čtyři tetraedrické uspořádání.

Zápis AXE odděluje navázané atomy X od volných párů E. AX₄ je tetraedr, AX₃E dává trigonální pyramidu a AX₂E₂ vede k lomenému tvaru.

Volné páry stlačují vazebné úhly

Hustota volného páru je více soustředěna u centrálního atomu než sdílená vazebná dvojice a obvykle silněji odpuzuje sousední domény. Proto má CH₄ asi 109,5°, NH₃ asi 107° a H₂O asi 104,5°.

Tyto hodnoty jsou měřenými vlastnostmi skutečných struktur, nikoli magickými konstantami VSEPR. Substituenty, elektronegativita a násobné vazby mohou úhly dále posouvat.

Pět a šest domén

Pět domén tvoří trigonální bipyramidu s axiálními a ekvatoriálními místy. Volný pár preferuje ekvatoriální místo, protože má méně 90° interakcí. AX₄E proto dává houpačkový tvar a AX₃E₂ tvar T.

Šest domén tvoří oktaedrické uspořádání. AX₆ je oktaedr, AX₅E čtvercová pyramida a AX₄E₂ může být čtvercově planární jako XeF₄, jsou-li dva volné páry proti sobě.

Násobná vazba je jedna doména, ale není stejná

Dvojná nebo trojná vazba zabírá jeden směr od centrálního atomu, proto se počítá jako jedna doména. Má však větší elektronovou hustotu než jednoduchá vazba a může sousední domény odpuzovat silněji.

VSEPR proto často správně určí třídu tvaru, ale ne přesné úhly. Jemné rozdíly vyžadují experimentální data nebo přesnější výpočty elektronové struktury.

Od Lewisovy struktury k tvaru

Spolehlivý postup je: spočítat valenční elektrony, nakreslit Lewisovu strukturu, určit počet domén kolem centrálního atomu, přiřadit geometrii domén a teprve pak pojmenovat molekulový tvar bez volných párů.

V CO₂ má C dvě domény a AX₂, takže je molekula lineární. NH₃ má tři vazby a jeden volný pár, tedy AX₃E; H₂O je AX₂E₂.

Omezení VSEPR

VSEPR funguje nejlépe pro mnoho jednoduchých molekul hlavních skupin. Nepředpovídá vazebné energie, spektra ani magnetismus a může selhávat u komplexů přechodných kovů, kde rozhodují d orbitaly a ligandové pole.

U větších molekul je nutné odlišit lokální geometrii od konformace. Každý uhlík v ethanu je téměř tetraedrický, ale rotace kolem vazby C–C mění celkovou konformaci bez změny lokální geometrie.

Řešené příklady

1. SO₂

2. SF₄

3. XeF₄