はじめに
VSEPR 理論とは何ですか? また、どのように機能しますか?
価電子殻電子対反発理論 (VSEPR 理論) は、原子を取り囲む価電子対間に反発があるという考えに依存しています。したがって、彼らはこの反発を最小限に抑える構成を採用します。したがって、分子はエネルギーを失い、より安定になり、分子の形状が決まります。
VSEPR モデルの重要性
- ルイス構造は 2 次元に制限されるため、原子間に存在するリンクの数と種類を知ることしかできません。 VSEPR モデルは、分子とイオンの 3 次元形状を正確に予測しますが、リンクの長さや結合構造に関する詳細な情報を提供することはできません。
- VSEPR モデルでは、原子の周りを回る電子が反発を最小限に抑えるように配置され、それによってその分子構造が決定されると仮定しています。
- 中心原子が金属でない限り、中心原子を持つ実質的にすべての化合物の形を予測できます。各フォームには、名前と理想的な結合角度が割り当てられています。
Ronald Nyholm と Ronald Gillespie は、VSEPR 仮説の 2 人の重要な創始者です。この仮説は、これらの化学者に敬意を表して、Gillespie-Nyholm 理論として知られることもあります。
VSEPR 理論/VSEPR 理論による SF4 の形状によると、パウリの排他原理は 2 つの電子間の反発を引き起こします。これは、分子の構造を決定するために静電反発よりも重要です。
分子の形状を説明する際に、次の用語を適用できます。
- 結合原子、中心原子、および別の結合原子によって形成される角度が結合角です。
- 他の原子と共有されていない価電子対は孤立電子対と呼ばれます。
- 多原子イオンまたは分子は、結合によって結合された原子の 3D 配置を特徴とします。
- 電子対ジオメトリは、分子またはイオンのコア原子の周りの電子対の構造です。
分子幾何学と電子対幾何学は、分子幾何学が非対電子を排除するという意味で異なりますが、電子対幾何学は不対原子と結合原子の両方を含みます。化学物質に不対電子がない場合、化学物質の分子と電子のペアは同じです。
VSEPR 理論の仮定:
VSEPR 理論の仮説は以下のとおりです。
- 多原子分子 (3 つ以上の原子で構成される分子) の構成原子の 1 つが、他のすべての原子が結合する中心原子として機能します。
- 価電子殻の電子対の数が分子の形状を決定します。
- 電子対は、それらの間の電子間反発によって距離が最小になるように整列することを好みます。
- 電子対は原子価の表面に集中して、互いの距離を最大化します。
- 電子の結合対が分子のコア原子を取り囲む場合、分子は非対称構造になります。
- 中心原子が孤立電子対と電子の結合対に囲まれている場合、分子は変形した形になります。
- VSEPR 理論は、あらゆる分子の共鳴構造に適用されます。
- 2 つの孤立ペアの反発力が最も高く、2 つの結合ペアの反発力が最も小さい.
- 電子対が中心原子の周りで互いに近づくと、互いに反発し合います。この結果、分子のエネルギーが増加します。
- 電子対がかなり離れていると、電子対間の反発が減少し、分子はエネルギーを失います。
VSEPR:使い方
問題のイオンまたは分子について、ルイス構造を描きます。
コア原子を囲む領域の電子グループの数を計算します。 1 つのグループは、1 対の電子で構成されます。二重結合や三重結合であっても、それぞれ別のグループとして数えます。表から、対応する電子の配置を見つけます。コア原子の周りの孤立電子対と結合対の数を計算し、その情報を使用して分子の形状を決定します。
VSEPR の表記法
VSEPR 表記法は、中心原子の周りを回転する電子対の数に基づいて化学種を識別するための一般的な式を提供します。ただし、すべての種が同じ分子構造を持っているわけではないことに注意してください。たとえば、二酸化炭素と二酸化硫黄はどちらも種ですが、一方はまっすぐで、もう一方は曲がっています。
孤立電子対が表記に含まれることがあり、著者またはテキストが使用する慣習によっては水が種と呼ばれる可能性があるため、混乱を招く可能性があります。一般的に言えば、
- 中心原子は文字 A で表されます。
- コア原子に結合している原子の数は、文字 B または X で表されます。
- 中心原子の孤立電子対の数は E で表されます。
繰り返しますが、この仮説にはいくつかの限界があります。 VSEPR 仮説の一般的な欠点について説明します。
VSEPR 理論の欠点
- VSEPR モデルは仮説であり、理論ではありません。調査結果または予測を説明または説明しようとするものではありません。代わりに、かなりの数の分子の構造を高い精度で予測するアルゴリズムです。
- VSEPR 理論による分子の形状は、簡単で役立つテクニックです。ただし、すべての化学種で機能するわけではありません。
- そもそも、理想化された結合角は、測定された結合角と必ずしも一致しない場合があります。 VSEPR は、 と が同じ結合角を持つことを予測します。しかし、構造解析により、2 つの分子の結合角が 12 度離れていることが明らかになりました。
- などのグループ 2 ハロゲン化物が曲がっている場合、VSEPR は線形になると予測します。 VSEPR が不十分な場合、量子力学と原子軌道がより詳細な予測を提供できます。
これらの比較可能なフォームのそれぞれは、前の例で見つけることができます。一方、VSEPR 理論は、分子内の原子間の正確な結合角を計算するために利用することはできません。
各フォームについて詳しく見ていきましょう:
- 直線状の分子:この形の分子には、中心原子の原子価殻に 2 つのスポットがあります。それらは、反発を最小限に抑えるように編成する必要があります (反対方向を指す)。
例:分子 BeF2
- 三角形の平面形状:3 つの分子が分子の中心原子に結合しています。電子が整理されているため、電子間の反発が減少します (正三角形の角に向かって)。
例:BF3
- 分子の四面体形状:2 次元分子では、原子は同じ平面にあり、これらの条件をメタンに適用すると、結合角が900. 三次元構造のこれらのパラメータをすべて考慮すると、H-C-H 間の結合角が 109028' の四面体分子が得られます。 （正三角形の角に向かって）
- 三方両錐体分子の例として PF5 を見てみましょう。反発を減らすために、電子を三角錐の角に向かって均等に分散させることができます。三角両錐体は、分子の赤道に沿った 3 つの点で構成されます。 2 つの場所は軸上で赤道面に平行です。
結論
電子対幾何学と分子幾何学の主な違いは、電子対幾何学は結合原子と不対原子の両方を含むのに対し、分子幾何学は不対電子を除外することです。化学物質に不対電子がない場合、分子の形状と電子対の形状は同じになります。
