Molekulová geometria

Najprv spočítajte elektrónové domény

Jednoduchá, dvojitá aj trojitá väzba sa vo VSEPR počíta ako jedna smerová doména. Každý voľný pár tvorí ďalšiu doménu. Dve domény dávajú lineárne, tri trigonálne planárne a štyri tetraedrické usporiadanie.

Zápis AXE oddeľuje viazané atómy X od voľných párov E. AX₄ je tetraéder, AX₃E dáva trigonálnu pyramídu a AX₂E₂ vedie k zalomenému tvaru.

Voľné páry stláčajú väzbové uhly

Hustota voľného páru je viac sústredená pri centrálnom atóme než zdieľaný väzbový pár a obyčajne silnejšie odpudzuje susedné domény. Preto má CH₄ asi 109,5°, NH₃ asi 107° a H₂O asi 104,5°.

Tieto hodnoty sú meranými vlastnosťami skutočných štruktúr, nie magickými konštantami VSEPR. Substituenty, elektronegativita a násobné väzby môžu uhly ďalej posúvať.

Päť a šesť domén

Päť domén tvorí trigonálnu bipyramídu s axiálnymi a ekvatoriálnymi miestami. Voľný pár preferuje ekvatoriálne miesto, pretože má menej 90° interakcií. AX₄E preto dáva hojdačkový tvar a AX₃E₂ tvar T.

Šesť domén tvorí oktaedrické usporiadanie. AX₆ je oktaéder, AX₅E štvorcová pyramída a AX₄E₂ môže byť štvorcovo planárna ako XeF₄, keď sú dva voľné páry oproti sebe.

Násobná väzba je jedna doména, ale nie rovnaká

Dvojitá alebo trojitá väzba zaberá jeden smer od centrálneho atómu, preto sa počíta ako jedna doména. Má však väčšiu elektrónovú hustotu než jednoduchá väzba a môže susedné domény odpudzovať silnejšie.

VSEPR preto často správne určí triedu tvaru, ale nie presné uhly. Jemné rozdiely vyžadujú experimentálne dáta alebo presnejšie výpočty elektrónovej štruktúry.

Od Lewisovej štruktúry k tvaru

Spoľahlivý postup je: spočítať valenčné elektróny, nakresliť Lewisovu štruktúru, určiť počet domén okolo centrálneho atómu, priradiť geometriu domén a až potom pomenovať molekulový tvar bez voľných párov.

V CO₂ má C dve domény a AX₂, takže je molekula lineárna. NH₃ má tri väzby a jeden voľný pár, teda AX₃E; H₂O je AX₂E₂.

Obmedzenia VSEPR

VSEPR funguje najlepšie pre mnohé jednoduché molekuly hlavných skupín. Nepredpovedá väzbové energie, spektrá ani magnetizmus a môže zlyhať pri komplexoch prechodných kovov, kde rozhodujú d orbitály a ligandové pole.

Pri väčších molekulách treba odlíšiť lokálnu geometriu od konformácie. Každý uhlík v etáne je takmer tetraedrický, ale rotácia okolo väzby C–C mení celkovú konformáciu bez zmeny lokálnej geometrie.

Vyriešené príklady

1. SO₂

2. SF₄

3. XeF₄