Μοριακή γεωμετρία
Η μοριακή γεωμετρία είναι τρισδιάστατη συνέπεια της κατανομής ηλεκτρονικής πυκνότητας. Η ασφαλής πορεία είναι: γράφουμε δομή Lewis, μετράμε τις περιοχές ηλεκτρονικής πυκνότητας γύρω από το κεντρικό άτομο, εφαρμόζουμε VSEPR και τέλος αφαιρούμε από το όνομα του σχήματος τις θέσεις που καταλαμβάνουν μονήρη ζεύγη. Η σημειογραφία AXₙEₘ συνοψίζει αυτόν τον λογισμό.
Οπτικό μοντέλο
Διαδραστικό μοντέλο
Από τη δομή Lewis στο σχήμα
Κάθε απλός, διπλός ή τριπλός δεσμός μετρά ως μία περιοχή προς μία κατεύθυνση, ενώ κάθε μονήρες ζεύγος είναι επίσης μία περιοχή. Δύο περιοχές δίνουν γραμμική γεωμετρία, τρεις τριγωνική επίπεδη και τέσσερις τετραεδρική γεωμετρία περιοχών. Το VSEPR δεν θεωρεί τα ηλεκτρόνια σκληρές σφαίρες· είναι αποτελεσματικό μοντέλο που αποτυπώνει την τάση διαφορετικών περιοχών πυκνότητας να απομακρύνονται.
Γεωμετρία περιοχών και μοριακό σχήμα
Το NH₃ έχει τέσσερις περιοχές γύρω από N, άρα τετραεδρική γεωμετρία ηλεκτρονιακών περιοχών, αλλά μόνο τρία άτομα είναι ορατές κορυφές: το μοριακό σχήμα είναι τριγωνική πυραμίδα AX₃E. Το H₂O είναι AX₂E₂ και καμπυλωμένο. Αυτή η διάκριση αποφεύγει το συχνό λάθος να ονομάζουμε «τετραεδρικό» κάθε μόριο με τέσσερις συνολικές περιοχές.
Τα μονήρη ζεύγη συμπιέζουν γωνίες
Η πυκνότητα ενός μονήρους ζεύγους συγκεντρώνεται κοντά σε έναν πυρήνα και καταλαμβάνει περισσότερο γωνιακό χώρο από ένα δεσμικό ζεύγος. Ποιοτικά η άπωση είναι LP–LP > LP–BP > BP–BP. Έτσι η ιδανική τετραεδρική γωνία 109,5° μειώνεται περίπου σε 107° στο NH₃ και 104,5° στο H₂O. Οι πραγματικές γωνίες είναι μετρήσιμα μεγέθη και δεν προκύπτουν με απόλυτη ακρίβεια από απλή καταμέτρηση περιοχών.
Πέντε και έξι περιοχές
Πέντε περιοχές σχηματίζουν τριγωνική διπυραμίδα με αξονικές και ισημερινές θέσεις. Ένα μονήρες ζεύγος προτιμά ισημερινή θέση επειδή έχει λιγότερες αλληλεπιδράσεις 90°, γι’ αυτό το SF₄ είναι «τραμπάλα» και το ClF₃ σχήμα Τ. Έξι περιοχές δίνουν οκταεδρική γεωμετρία· ένα μονήρες ζεύγος δίνει τετραγωνική πυραμίδα και δύο αντίθετα μονήρη ζεύγη μπορούν να αφήσουν τετραγωνικό επίπεδο XeF₄.
Σχήμα, πολικότητα και όρια VSEPR
Η γεωμετρία επιτρέπει να αθροίσουμε διανυσματικά τις διπολικές ροπές και να προβλέψουμε μοριακή πολικότητα. Όμως πολλαπλοί δεσμοί, μεγάλοι υποκαταστάτες, ηλεκτραρνητικότητα και αποδεσμευμένος δεσμός μετατοπίζουν τις γωνίες. Για μεταβατικά μέταλλα, ενώσεις με εκτεταμένη αποδέσμευση ή πολύ ασθενείς αλληλεπιδράσεις, το VSEPR μπορεί να είναι ανεπαρκές και η πειραματική γεωμετρία από περίθλαση ή φασματοσκοπία παραμένει ο τελικός έλεγχος.
Ασκήσεις
NH₃
Ποια είναι η γεωμετρία περιοχών και ποιο το μοριακό σχήμα του NH₃;
Λύση: Τέσσερις περιοχές δίνουν τετραεδρική γεωμετρία περιοχών. Με AX₃E, το μοριακό σχήμα είναι τριγωνική πυραμίδα.
SF₄
Γιατί το μονήρες ζεύγος του SF₄ προτιμά ισημερινή θέση;
Λύση: Στην ισημερινή θέση έχει δύο, αντί για τρεις, αλληλεπιδράσεις 90° με άλλες περιοχές, άρα μικρότερη άπωση.
XeF₄
Έξι περιοχές γύρω από Xe, από τις οποίες δύο είναι μονήρη ζεύγη. Ποιο σχήμα προβλέπεται;
Λύση: Οκταεδρική γεωμετρία περιοχών με δύο αντίθετα μονήρη ζεύγη αφήνει τετραγωνικό επίπεδο AX₄E₂.