Молекулярна геометрія
Молекулярна геометрія описує просторове розташування ядер. Модель VSEPR швидко передбачає багато форм головногрупових молекул через кількість електронних областей, але справжня причина геометрії — повна квантова енергія електронів та ядер.
Електронні області
Одинарний, подвійний або потрійний зв’язок рахують як одну область; вільна пара — також область. Вони орієнтуються так, щоб зменшити взаємне електростатичне та квантове відштовхування.
2–4 області
Дві області дають лінійну, три — тригонально-планарну, чотири — тетраедричну електронну геометрію з ідеальними кутами 180°, 120° і 109,5°.
Вільні пари
Вільна пара часто займає більше простору і стискає кути. NH₃ має тригонально-пірамідальну форму, H₂O — кутову, хоча електронні області в обох походять від тетраедричного розташування.
5 і 6 областей
П’ять дають тригональну біпіраміду, шість — октаедр. З вільними парами виникають гойдалкова, T-подібна, квадратна пірамідальна або квадратнопланарна форми.
Кратні зв’язки
Кратний зв’язок рахують як одну область, але він може відштовхувати дещо сильніше, ніж одинарний. Тому точні кути часто відхиляються від ідеальних VSEPR-значень.
Межі VSEPR
Перехідні метали, делокалізовані системи та складні електронні стани потребують теорії поля лігандів або молекулярних орбіталей. VSEPR — геометрична евристика.
Полярність
Геометрія визначає, чи компенсуються зв’язкові диполі. Тому знання форми потрібне для прогнозу молекулярної полярності та міжмолекулярних сил.
Стереохімія
Тривимірне розташування може створювати хіральність. Два енантіомери мають однакові багато скалярних властивостей, але по-різному взаємодіють з хіральними біологічними мішенями.
VSEPR і межі геометричної евристики
VSEPR корисно рахувати як області електронної густини навколо центрального атома: зв’язки та неподілені пари відштовхуються й формують типову електронну геометрію. Неподілені пари часто займають більше кутового простору і зменшують деякі кути зв’язків. Але модель не є фундаментальною теорією молекул і гірше працює для багатьох перехідно-металічних комплексів, делокалізованих систем і тонких енергетичних різниць. Реальну геометрію визначає мінімум повної електронної енергії, а VSEPR — зручна схема передбачення для великого класу головногрупових молекул.
Геометрія і спектроскопія
Молекулярну форму можна перевіряти експериментально. Обертальні спектри залежать від моментів інерції, дифракція рентгенівських променів або електронів дає міжатомні відстані, а коливальні спектри реагують на симетрію та дозволені моди. Тому VSEPR — не заміна вимірюванню, а швидкий прогноз, який можна зіставити з більш точними методами. Якщо прогноз і дані розходяться, це сигнал, що делокалізація, d-електрони, слабкі взаємодії або інші енергетичні чинники важливіші за простий рахунок електронних доменів.
Вправа
Яка форма NH₃?
Розв’язання
Тригонально-пірамідальна: чотири електронні області, одна з них — вільна пара.