Molekulaargeomeetria
Molekulaargeomeetria on elektrontiheduse ruumilise jaotuse tagajärg. Töökindel skeem on: koosta Lewis’ struktuur, loe keskse aatomi elektrondomeenid, paiguta need VSEPR mudeli järgi ja lõpuks nimeta molekuli kuju ainult aatomite asendite põhjal. AXₙEₘ tähistus eristab seotud aatomeid X ja vabu elektronpaare E.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Lewis’ struktuurist kujuni
Iga üksik-, kaksik- või kolmikside loetakse keskse aatomi ümber üheks suunaliseks elektrondomeeniks ning iga vaba elektronpaar samuti üheks domeeniks. Kaks domeeni annavad lineaarse, kolm trigonaaltasapinnalise ja neli tetraeedrilise domeenigeomeetria. VSEPR ei käsitle elektrone jäikade kuulidena, vaid on lihtsustatud mudel, mis tabab elektrontiheduse piirkondade vastastikuse tõuke peamist mõju.
Domeenigeomeetria ja molekulikuju pole sama
NH₃-l on neli domeeni, seega on domeenigeomeetria tetraeedriline. Aatomipositsioone on aga kolm ja üks positsioon on vaba paar: AX₃E annab trigonaalpüramiidse molekulikuju. H₂O on AX₂E₂ ja nurkne. See eristus väldib viga, kus iga nelja domeeniga molekuli nimetatakse tetraeedriliseks, kuigi nähtav aatomigeomeetria võib olla teistsugune.
Vabad paarid vähendavad sidemenurki
Vaba paari elektrontihedus asub ühe tuuma lähedal ega ole kahe tuuma vahel jagatud, seetõttu võtab see rohkem nurkaruumi. Kvalitatiivne tõukejärjestus on LP–LP > LP–BP > BP–BP. Ideaalne tetraeedrinurk 109,5° väheneb NH₃-s umbes 107° ja H₂O-s umbes 104,5°-ni. Mõõdetud nurgad sõltuvad ka asendajate suurusest, elektronegatiivsusest ja mitmiksidemetest.
Viis ja kuus domeeni
Viis domeeni moodustavad trigonaalse bipüramiidi, kus aksiaalsed ja ekvatoriaalsed kohad pole samaväärsed. Vaba paar eelistab ekvatoriaalset kohta, sest seal on vähem 90° koostoimeid; seetõttu on SF₄ kiikjas ja ClF₃ T-kujuline. Kuus domeeni annavad oktaeedri; ühe vaba paariga tekib ruutpüramiid ja kahe vastastikuse vaba paariga võib jääda ruuttasapinnaline XeF₄.
Kuju seob struktuuri polaarsusega
Geomeetria määrab sidemedipoolide vektorsumma ja aitab ennustada polaarsust. VSEPR on eriti tõhus peagrupi lihtmolekulide korral, kuid ei asenda kvantkeemiat ega mõõtmist. Üleminekumetallikompleksid, tugev delokalisatsioon ja väga peened energiavahed võivad vajada ligandivälja- või molekulaarorbitaalmudeleid. Gaasielektrondifraktsioon, pöördspektroskoopia ning röntgen- või neutronidifraktsioon annavad tegelikud geomeetriad.
Harjutused
NH₃
Mis on NH₃ domeenigeomeetria ja molekulikuju?
Lahendus: Neli domeeni annavad tetraeedrilise domeenigeomeetria; AX₃E aatomikuju on trigonaalpüramiidne.
SF₄
Miks eelistab SF₄ vaba paar ekvatoriaalset asendit?
Lahendus: Ekvatoriaalses asendis on vabal paaril vähem 90° koostoimeid ja seega väiksem tõuge.
XeF₄
Keskse Xe ümber on kuus domeeni, neist kaks vabad paarid. Mis kuju jääb?
Lahendus: Oktaeedrilisest domeenipaigutusest kahe vastastikuse vaba paari eemaldamisel jääb ruuttasapinnaline AX₄E₂.