Молекулярна геометрія
Геометрію молекули зручно передбачати послідовністю: побудувати структуру Льюїса, порахувати електронні області навколо центрального атома, застосувати VSEPR і лише потім назвати форму за положенням атомів. Подвійний або потрійний зв’язок рахується як одна область. Неподілені пари входять до електронної геометрії, але не входять до назви молекулярної форми.
Наочна модель
Інтерактивна модель
Електронні області і позначення AXₙEₘ
У VSEPR A — центральний атом, X — зв’язані атоми, E — неподілені пари на A. Кожен одинарний, подвійний чи потрійний зв’язок займає одну область напрямку електронної густини. Дві області дають лінійну електронну геометрію, три — тригонально-планарну, чотири — тетраедричну, п’ять — тригонально-біпірамідальну, шість — октаедричну.
Електронна геометрія не завжди є формою молекули
CH₄ має AX₄ і тетраедричну форму. NH₃ — AX₃E: електронні області все ще тетраедричні, але атоми утворюють тригональну піраміду. H₂O — AX₂E₂ і є зігнутою. Отже, під час називання молекулярної геометрії уявно приховують неподілені пари, хоча саме вони суттєво впливають на кути зв’язків.
Чому кути стискаються
Відштовхування неподілена пара–неподілена пара сильніше за неподілена пара–зв’язкова пара, а останнє сильніше за зв’язкова пара–зв’язкова пара. Ідеальний тетраедричний кут CH₄ дорівнює 109,5°. У NH₃ він зменшується приблизно до 107°, а в H₂O — до 104,5°, бо неподілені пари займають більше кутового простору поблизу центрального атома.
П’ять областей і перевага екваторіальних позицій
У тригонально-біпірамідальній геометрії є три екваторіальні та дві аксіальні позиції. Неподілена пара зазвичай займає екваторіальне місце, де менше несприятливих взаємодій під 90°. Тому SF₄ (AX₄E) має форму «гойдалки», ClF₃ (AX₃E₂) — T-подібну, а XeF₂ (AX₂E₃) — лінійну.
Шість областей і квадратна площина
Для шести областей базова геометрія октаедрична. AX₆, як SF₆, є октаедричною. Одна неподілена пара дає квадратнопірамідальну форму AX₅E. Дві пари в протилежних положеннях залишають чотири атоми в одній площині, як у XeF₄ (AX₄E₂), що пояснює його квадратнопланарну форму й компенсацію зв’язкових диполів. Реальні кути можуть відхилятися від ідеальних значень також через різну електронегативність замісників, кратність зв’язків і стеричні ефекти; VSEPR передусім дає якісну топологію, а точні геометричні параметри визначають експериментом або квантовохімічним розрахунком.
Завдання
NH₃
Яка форма NH₃ за VSEPR?
Розв’язання: NH₃ — AX₃E: електронна геометрія тетраедрична, молекулярна форма — тригональна піраміда.
H₂O
Чому кут H–O–H менший за 109,5°?
Розв’язання: Дві неподілені пари на O відштовхують зв’язкові області сильніше й стискають кут до приблизно 104,5°.
XeF₄
Яка форма XeF₄?
Розв’язання: AX₄E₂ у шести електронних областях дає квадратнопланарну молекулярну форму.