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VSEPR-Modell

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Das VSEPR-Modell (Abkürzung für {{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}}, deutsch Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung), auch EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungs-Modell) oder ursprünglich VEPR-Theorie (englisch {{#invoke:Vorlage:lang|flat}}), führt die räumliche Gestalt eines Moleküls auf die abstoßenden Kräfte zwischen den Elektronenpaaren der Valenzschale zurück.

Datei:VSEPR 2 3.svg
VSEPR-Modelle
für zwei und drei Elektronenpaare
Datei:Kugeln position2.gif
Fünf gleich geladene Partikel bewegen sich (auf der neutralen Sphäre) von verschiedenen Startpositionen zu den optimalen Positionen mit maximalem Abstand voneinander.

Das Modell wird nach seinen Entwicklern auch Gillespie-Nyholm-Theorie genannt.

Die abgeleiteten Regeln

Aus dem VSEPR-Modell ergeben sich folgende Regeln für Moleküle des Typs AXn:<ref>Vorlage:Holleman-Wiberg</ref>

  • Die Elektronenpaare der Valenzschale des Zentralatoms (A), d. h. des Atoms im Zentrum des Moleküls, ordnen sich so an, dass der Abstand zwischen ihnen möglichst groß wird.
  • Die freien Elektronenpaare (hier mit E symbolisiert) in einem Molekül vom Typ AXnEm beanspruchen mehr Raum als die bindenden Elektronenpaare und führen somit zu einer Vergrößerung der Winkel X-A-E und einer Verkleinerung der Winkel X-A-X.
  • Einzelne freie Elektronen in Radikalen nehmen weniger Raum ein als freie Elektronenpaare.
  • Größere Elektronegativitäts­differenzen zwischen A und X vermindern damit den Raumbedarf der entsprechenden Bindung.
  • Mehrfachbindungen beanspruchen mehr Raum als Einfachbindungen, wobei der Platzbedarf mit der Bindungsordnung steigt.
Für die Bestimmung der groben Molekülstruktur werden jedoch nur die Sigma-Bindungen herangezogen, d. h., Mehrfachbindungen werden hier wie Einfachbindungen behandelt.
  • Kleinere Zentralatome bzw. größere negativ polarisierte Liganden bewirken eine starke sterische und elektronische Abstoßungskraft, die die eines freien Elektronenpaars übertreffen kann.

Vorhersagen bei freien Elektronenpaaren am Zentralatom

Wenn keine freien Elektronenpaare am Zentralatom vorhanden sind, können Molekülstrukturen recht einfach durch Abzählen der „Reste“ vorhergesagt werden.

Dennoch lässt sich auch die Betrachtung von Verbindungen mit einem oder mehreren stereochemisch aktiven, freien Elektronenpaaren näherungsweise schematisieren. Dazu werden diese – ähnlich wie Bindungspartner – als Pseudoliganden behandelt und mit dem griechischen Buchstaben „ψ“ (Psi) gekennzeichnet. So gelangt man zur Pseudostruktur des jeweiligen Moleküls.

Beispiel: Das Sauerstoffatom des Wassermoleküls, an welches zwei Wasserstoffatome kovalent gebunden sind (X = 2), weist zwei freie Elektronenpaare auf (E = 2). Daraus ergibt sich eine Anzahl von # = 2 + 2 = 4 Pseudoliganden und somit eine tetraedrische Pseudostruktur (Strukturtyp), die als ψ2-Tetraeder beschrieben werden kann. Indem nun die freien Elektronenpaare „weggedacht“ werden, bleibt die in diesem Fall gewinkelte Realstruktur (Molekülstruktur) zurück, die nur durch die Atomkerne beschrieben wird.

Ein Beispiel für ein ψ1-Tetraeder, d. h. mit nur einem freien Elektronenpaar, ist das Ammoniak-Molekül NH3.

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1 Datei:AX1E0-2D.svg
AX1		 H2 Datei:AX1E0-3D-balls.png
linear		 Datei:AX1E0-3D-balls.png
linear
2 Datei:AX2E0-2D.svg
AX2		 BeCl2
CO2		 Datei:AX2E0-3D-balls.png
linear		 Datei:Linear-3D-balls.png
linear		 180°
Datei:AX1E1-2D.svg
AX1E1		 CO Datei:AX1E1-3D-balls.png
linear		 Datei:AX1E0-3D-balls.png
linear
3 Datei:AX3E0-side-2D.svg
AX3		 BF3
NO3−
CO32−		 Datei:AX3E0-3D-balls.png
trigonal planar		 Datei:Trigonal-3D-balls.png
trigonal planar		 120°
Datei:AX2E1-2D.svg
AX2E		 SO2
O3
NO2−		 Datei:AX2E1-3D-balls.png
trigonal planar		 Datei:Bent-3D-balls.png
gewinkelt		 ca. 115°
Datei:AX1E2-2D.svg
AX1E2		 Datei:AX1E2-3D-balls.png
trigonal planar		 Datei:AX1E0-3D-balls.png
linear
4 Datei:AX4E0-2D.svg
AX4		 CH4
SO42− PO43−
ClO4−		 Datei:AX4E0-3D-balls.png
tetraedrisch		 Datei:Tetrahedral-3D-balls.png
tetraedrisch		 109,5°
Datei:AX3E1-2D.svg
AX3E		 NH3
PCl3		 Datei:AX3E1-3D-balls.png
tetraedrisch		 Datei:Pyramidal-3D-balls.png
trigonal-pyramidal		 ca. 107°
Datei:AX2E2-2D.svg
AX2E2		 H2O Datei:AX2E2-3D-balls.png
tetraedrisch		 Datei:Bent-3D-balls.png
gewinkelt		 ca. 104°
Datei:AX1E3-2D.svg
AX1E3		 HCl Datei:AX1E3-3D-balls.png
tetraedrisch		 Datei:AX1E0-3D-balls.png
linear
5 Datei:AX5E0-2D.svg
AX5		 PCl5 Datei:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal		 Datei:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal		 120° / 90°
Datei:AX4E1-2D.svg
AX4E		 SF4, SCl4 Datei:AX4E1-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal		 Datei:Seesaw-3D-balls.png
"Wippe", bisphenoidal		 ca. 175° / 110°
Datei:AX3E2-2D.svg
AX3E2		 ClF3 Datei:AX3E2-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal		 Datei:T-shaped-3D-balls.png
T-förmig		 ca. 87,5°
Datei:AX2E3-2D.svg
AX2E3		 XeF2 Datei:AX2E3-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal		 Datei:Linear-3D-balls.png
linear		 180°
6 Datei:AX6E0-2D.svg
AX6		 SF6 Datei:AX6E0-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)		 Datei:Octahedral-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)		 90°
Datei:AX5E1-2D-1.svg
AX5E		 ClF5 Datei:AX5E1-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)		 Datei:Square-pyramidal-3D-balls.png
quadratisch-pyramidal		 ca. 85°
Datei:AX4E2-2D.svg
AX4E2		 XeF4 Datei:AX4E2-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)		 Datei:Square-planar-3D-balls.png
quadratisch-planar		 90°
7 Datei:AX7E0-2D.svg
AX7		 IF7 Datei:AX7E0-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal		 Datei:Pentagonal-bipyramidal-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal		 90° / 72°
Datei:AX6E1-2D.svg
AX6E		 [XeOF5]− Datei:AX6E1-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal		 Datei:Pentagonal-pyramidal-3D-balls.png
pentagonal-pyramidal		 ca. 90° / ca. 72°
Datei:AX5E2-2D.png
AX5E2		 XeF5− Datei:AX5E2-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal		 Datei:Pentagonal-planar-3D-balls.png
pentagonal-planar		 72°
8 AX8 IF8− Datei:AX8E0-3D-balls.png

tetragonal-antiprismatisch

Datei:Square-antiprismatic-3D-balls.png

tetragonal-antiprismatisch

78° / 73°

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Grenzen der Anwendbarkeit

Das VSEPR-Modell lässt sich auf Moleküle anwenden, bei denen die an das Zentralatom gebundenen Reste (Atome oder Atomgruppen) nicht allzu groß werden und keine spezifischen Wechselwirkungen aufeinander ausüben.

Nicht oder nur eingeschränkt anwendbar ist sie auf Übergangsmetall­verbindungen. Vielfach stimmen jedoch auch bei einfachen Molekülen die Bindungswinkel nicht mit dem Modell überein. Für Verbindungen mit delokalisierten Elektronen kann die Anwendung des Modells ebenfalls mit Schwierigkeiten verbunden sein, hier ist die Hinzuziehung der Molekülorbitaltheorie notwendig.

Literatur

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  • {{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}
  • R. J. Gillespie, I. Hargittai: The VSEPR Model of Molecular Geometry. 8. Aufl., Allyn & Bacon, Boston 1991, ISBN 978-0-205-12369-8.

Weblinks

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Einzelnachweise

<references />

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