Die Geometrie kovalenter Moleküle hängt von der Anzahl und der Anordnung der Elektronenpaare ab, bedingt durch die elektrostatische Abstoßung zwischen dem Bindungspaar und dem einsamen Paar der Elektronen.
Um die Geometrie oder Form kovalenter Moleküle zu erklären, haben Gillespie und Nyholn eine neue Theorie aufgestellt, die als Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßungstheorie oder kurz VSEPR-Theorie bekannt ist.
VSEPR-Theorie postuliert für kovalente Moleküle
Es gibt fünf Hauptpostulate dieser Theorie, die wie folgt zusammengefasst werden können.
Postulat: I. Die Form eines kovalenten Moleküls wird durch die Abstoßung zwischen allen in der Valenzschale des Zentralatoms vorhandenen Elektronenpaaren bestimmt .
Wenn nur bindende Elektronenpaare am Zentralatom vorhanden sind, hat das kovalente Molekül eine regelmäßige Geometrie .
Das Molekül vom Typ AB 2 mit zwei Bindungspaaren hat also eine lineare Geometrie .
Auch bei Molekülen mit drei Bindungspaaren, vier Bindungspaaren, fünf Bindungspaaren und sechs Bindungspaaren ist die Geometrie der betreffenden Moleküle trigonal, tetraedrisch, trigonal bipyramidal bzw. oktaedrisch.
Zum Beispiel: BCl3 ( trigonal ) , CH4 ( tetraedrisch ), PCl5 ( trigonal bipyramidal ) und SF6 ( oktaedrisch ) usw.
Postulat: II. Wenn sowohl das Bindungspaar ( b.p ) als auch das einsame Paar ( l.p ) am zentralen Metallatom vorhanden sind, haben die Moleküle eine verzerrte Geometrie.
Denn das einsame Paar nimmt mehr Platz am zentralen Atom ein als ein Bindungspaar und das einsame Paar wird von einem Kern angezogen, während das Bindungspaar von zwei Kernen angezogen wird.
Daher ist die l.p-l.p-Abstoßung größer als die l.p-b.p-Abstoßung und die l.p-b.p-Abstoßung ist größer als die b.p-b.p-Abstoßung.
Das heißt, l.p-l.p-Abstoßung > l.p – b.p-Abstoßung > b.p -b.p-Abstoßung .
Beispielsweise enthält das Ammoniakmolekül ein einsames Paar und drei Bindungspaare von Elektronen. Die Geometrie des Ammoniakmoleküls ist verzerrt tetraedrisch mit sp3-Hybridisierung .
Das heißt, es hat eine pyramidale Struktur .Der H -N -H Bindungswinkel ist 107o28′ statt 109o28′ .
Auch das H2O-Molekül enthält zwei Bindungspaare und zwei einsame Elektronenpaare.Daher ist die Geometrie des Wassermoleküls eine verzerrte tetraedrische oder V-förmige Geometrie mit sp3-Hybridisierung.
Der H -O -H-Bindungswinkel im Wassermolekül beträgt 104o27′ anstelle von 109o28′.
Postulat: III. Das Ausmaß der Abstoßung zwischen Bindungspaaren hängt von der Elektronegativitätsdifferenz zwischen dem Zentralatom (A) und dem anderen gebundenen Atom (B) ab.
Das heißt, der B – A – B Bindungswinkel nimmt mit zunehmender Elektronegativität von „B“ ab. Wenn die Elektronegativität von „B“ zunimmt,
bewegt sich das Bindungspaar vom Zentralatom weg und die Abstoßung zwischen den Bindungspaaren nimmt ab. So nimmt der Bindungswinkel ab.
Beispielsweise ist die Reihenfolge der Bindungswinkel von PI3 , PBr3 und PCl3 PI3 > PBr3 > PCl3.
Postulat: IV. Eine Dreifachbindung nimmt mehr Platz ein als eine Doppelbindung. Ebenso nimmt eine Doppelbindung mehr Raum ein als eine Einfachbindung.
Die Doppelbindung verursacht also mehr Abstoßung als die Einfachbindung und die Dreifachbindung verursacht mehr Abstoßung als die Doppelbindung.
Beispiel: F – C – F und F – C – O Bindungswinkel von Kohlendifluorid (COF2).
Postulat: V. Die Bindungswinkelkontraktion der unvollständigen Valenzschale ist größer als die der vollständigen Valenzschale aufgrund der l.p-l.p- oder l.p-b.p-Abstoßung.
Beispielsweise beträgt der H -N -H-Bindungswinkel im Falle von Ammoniak 107o28′ statt 109o28′ . Im Falle von Phosphin beträgt der H-P-H-Bindungswinkel 94o statt 109o28′.
Grenzwerte der VSEPR-Theorie.
Wie andere Theorien hat auch die VSEPR-Theorie einige Nachteile. Die beiden wichtigsten Einschränkungen der VSEPR-Theorie werden im Folgenden erörtert.
( I ). Die VSEPR-Theorie kann isoelektronische Spezies nicht erklären. Isoelektronische Spezies sind Elemente, Ionen und Moleküle, die die gleiche Anzahl von Elektronen haben.
Nach der VSEPR-Theorie hängt die Form des Moleküls von der Anzahl der Bindungspaare und der einsamen Elektronenpaare des Zentralatoms ab.
Aber isoelektronische Spezies können sich in ihrer Geometrie unterscheiden, obwohl sie die gleiche Anzahl von Valenzelektronen haben.
( II ). Die VSEPR-Theorie erklärt nicht die Geometrie von Übergangsmetallverbindungen. Diese Theorie ist auch nicht in der Lage, die Struktur bestimmter Verbindungen zu erraten.
Das liegt daran, dass sie die zugehörigen Größen der Substituenten und inaktiven einsamen Paare nicht berücksichtigt.
Zusammenfassung:
VSEPR-Theorie und Form kovalenter Moleküle
VSEPR-Theorie postuliert für kovalente Moleküle
Grenzen der VSEPR-Theorie.
