Молекулалық геометрияны болжау моделі: VSEPR теориясы – химияда орталық атомдар маңындағы электрон жұптарының мөлшеріне сүйеніп, молекула пішінін анықтау.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Молекулалық геометрияны болжау моделі
Model for predicting molecular geometry
Валентті қабық электронды жұптардың итермелеуі (VSEPR) теориясы (VESPər) – химияда жеке молекулалардың геометриясын олардың орталық атомдарына жақын орналасқан электрон жұптарының саны арқылы болжауға қолданылатын модель. Бұл теория сонымен қатар екі негізгі дамытушысы, Рональд Гиллеспи мен Рональд Найхолмның құрметіне Гиллеспи-Найхолм теориясы деп те аталады. VSEPR теориясының негізінде атомды қоршаған валентті электрон жұптары бір-бірін итермелейді деген тұжырым тұр. Итермелеу күші қаншалықты жоғары болса, молекуланың энергиясы соншалықты жоғары (тұрақсыз) болады. Сондықтан VSEPR теориясы бойынша болжалған молекуланың геометриясы – бұл итермелеудің ең аз болуын қамтамасыз ететін геометрия. Гиллеспи Паулидің қабілетсіздік принципіне байланысты электрон-электрон итермелеуі электростатикалық итермелеуден гөрі молекулалық геометрияны анықтауда маңыздырақ екенін атап көрсетті. VSEPR теориясының түсініктері молекулалардың электрондық тығыздығын топологиялық талдау арқылы алынған. Мұндай кванттық химиялық топология (КХТ) әдістеріне электронды локализация функциясы (ЭЛФ) және молекулалардағы атомдардың кванттық теориясы (АИМ немесе КТАИМ) кіреді.
Valence shell electron pair repulsion (VSEPR) theory ('/v//ɛ//s//p//ər//, //v//ə/'/s//ɛ//p//ər/ VESPər,) is a model used in chemistry to predict the geometry of individual molecules from the number of electron pairs surrounding their central atoms. It is also named the Gillespie Nyholm theory after its two main developers, Ronald Gillespie and Ronald Nyholm. The premise of VSEPR is that the valence electron pairs surrounding an atom tend to repel each other. The greater the repulsion, the higher in energy (less stable) the molecule is. Therefore, the VSEPR predicted molecular geometry of a molecule is the one that has as little of this repulsion as possible. Gillespie has emphasized that the electron electron repulsion due to the Pauli exclusion principle is more important in determining molecular geometry than the electrostatic repulsion. The insights of VSEPR theory are derived from topological analysis of the electron density of molecules. Such quantum chemical topology (QCT) methods include the electron localization function (ELF) and the quantum theory of atoms in molecules (AIM or QTAIM).
Тарих
Молекулалық геометрия мен валентті электрон жұптарының саны (оқшауланған және ортақ жұптардың) арасындағы байланыс туралы идеяны 1939 жылы Жапонияда Рютаро Цучида алғаш ұсынды, ал 1940 жылы Оксфорд университетінің Невил Сиджвик және Герберт Пауэлл бұл идеяны Бейкер лекциясында тәуелсіз түрде таныстырды. 1957 жылы Лондон университетінің колледжінен Рональд Гиллеспи мен Рональд Сидни Найхолм бұл тұжырымды нақтылап, әртүрлі геометриялық пішіндердің арасынан таңдауға мүмкіндік беретін толыққанды теорияға жетілдірді.
The idea of a correlation between molecular geometry and number of valence electron pairs (both shared and unshared pairs) was originally proposed in 1939 by Ryutaro Tsuchida in Japan, and was independently presented in a Bakerian Lecture in 1940 by Nevil Sidgwick and Herbert Powell of the University of Oxford. In 1957, Ronald Gillespie and Ronald Sydney Nyholm of University College London refined this concept into a more detailed theory, capable of choosing between various alternative geometries.
Шолу
VSEPR теориясы молекулалардағы, әсіресе қарапайым және симметриялық молекулалардағы орталық атомдардың айналасындағы электрон жұптарының орналасуын болжау үшін қолданылады. Бұл теорияда орталық атом – екі немесе одан көп басқа атомдармен байланысқан атом, ал терминалды атом – тек бір ғана басқа атоммен байланысқан атом деп анықталады. VSEPR теориясында қос немесе үштік байланыс бір байланыс тобы ретінде қарастырылады. Сондықтан электрон жұптарының (немесе топтарының) саны олардың қабылдайтын жалпы геометриясын анықтайды. Мысалы, орталық атомды қоршап тұрған екі электрон жұбы болғанда, олардың өзара тебілуі сфераның қарама-қарсы полюстерінде орналасқанда ең аз болады. Сондықтан орталық атомның сызықтық геометрияны қабылдауы болжанады. Егер орталық атомды қоршаған 3 электрон жұбы болса, олардың тебілуін азайту үшін оларды атомның ортасында орналасқан теңқабыршалы үшбұрыштың төбелеріне орналастырады. Сондықтан болжамды геометрия үшбұрышты болады. Сол сияқты, 4 электрон жұбы үшін ең қолайлы орналасу тетраэдрлік болып табылады. Мысалы, SF4 молекуласында күкірттің орталық атомында төрт лиганд бар; күкірттің координациялық саны төртке тең. Төрт лигандтан басқа, күкірттің осы молекуласында бір жұп электроны бос күйде бар. Осылайша, стериялық сан 4 + 1 = 5-ке тең болады.
VSEPR theory is used to predict the arrangement of electron pairs around central atoms in molecules, especially simple and symmetric molecules. A central atom is defined in this theory as an atom which is bonded to two or more other atoms, while a terminal atom is bonded to only one other atom. In VSEPR theory, a double bond or triple bond is treated as a single bonding group. The number of electron pairs (or groups), therefore, determines the overall geometry that they will adopt. For example, when there are two electron pairs surrounding the central atom, their mutual repulsion is minimal when they lie at opposite poles of the sphere. Therefore, the central atom is predicted to adopt a linear geometry. If there are 3 electron pairs surrounding the central atom, their repulsion is minimized by placing them at the vertices of an equilateral triangle centered on the atom. Therefore, the predicted geometry is trigonal. Likewise, for 4 electron pairs, the optimal arrangement is tetrahedral. In the molecule SF4, for example, the central sulfur atom has four ligands; the coordination number of sulfur is four. In addition to the four ligands, sulfur also has one lone pair in this molecule. Thus, the steric number is 4 + 1 = 5.
Кейбір AX2E2 молекулалары
AX2E2 геометриясының бір мысалы – молекулалық литий оксиді, Li2O, иондық байланыстардың басым болуы және литий-литий арасындағы күшті итергіш күштерге байланысты иілген емес, сызықтық құрылымға ие. Тағы бір мысал – O(SiH3)2, онда Si–O–Si бұрышы 144,1° құрайды, бұл Cl2O (110,9°), (CH3)2O (111,7°) және N(CH3)3 (110,9°) бұрыштарымен салыстырылады. O(SiH3)2 молекуласында орталық атомға қатысты электронегативтілік жоғары, ал жалғыз электрон жұптары аз локалданып, әлсіз итергіш күшке ие. Бұл және салыстырмалы түрде үлкен SiH3 лиганттарының күшті итергіш күштері нәтижесінде Si–O–Si байланысының бұрышы үлкен болады.
One example of the AX2E2 geometry is molecular lithium oxide, Li2O, a linear rather than bent structure, which is ascribed to its bonds being essentially ionic and the strong lithium lithium repulsion that results. Another example is O(SiH3)2 with an Si–O–Si angle of 144.1°, which compares to the angles in Cl2O (110.9°), (CH3)2O (111.7°), and N(CH3)3 (110.9°). In O(SiH3)2, the central atom is more electronegative, and the lone pairs are less localized and more weakly repulsive. The larger Si–O–Si bond angle results from this and strong ligand ligand repulsion by the relatively large SiH3 ligand.
Аса ауыр элементтер
Аса ауыр элементтердің электрондық орбиталдарына релятивистік әсерлер кейбір қосылыстардың молекулалық геометриясына әсер ететіні болжанады. Мысалы, нихонийдегі 6d5/2 электрондары байланыста күтпегендей зор рөл атқарады, сондықтан NhF3 оның жеңіл аналогы BF3 сияқты тригональды-жазық геометрияның орнына T тәрізді геометрияны қабылдауы тиіс. Керісінше, теннессиндегі 7p1/2 электрондарының қосымша тұрақтылығы TsF3-ті тригональды-жазық пішінде жасайды деп болжанады, бұл IF3 үшін байқалған және AtF3 үшін болжамдалған T тәрізді геометриядан өзгеше; сондай-ақ, OgF4 тетраэдрлік геометрияға ие болуы керек, ал XeF4 төртбұрышты-жазық геометрияға ие, ал RnF4 да сондай болады деп күтілуде.
Relativistic effects on the electron orbitals of superheavy elements is predicted to influence the molecular geometry of some compounds. For instance, the 6d5/2 electrons in nihonium play an unexpectedly strong role in bonding, so NhF3 should assume a T shaped geometry, instead of a trigonal planar geometry like its lighter congener BF3. In contrast, the extra stability of the 7p1/2 electrons in tennessine are predicted to make TsF3 trigonal planar, unlike the T shaped geometry observed for IF3 and predicted for AtF3; similarly, OgF4 should have a tetrahedral geometry, while XeF4 has a square planar geometry and RnF4 is predicted to have the same.