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VSEPR-Modell
Aus Kefk.
Das VSEPR-Modell (VSEPR ist die Abkürzung für Valence shell electron pair repulsion, deutsch Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung) führt die räumliche Gestalt eines Moleküls auf die abstoßenden Kräfte zwischen den Elektronenpaaren der Valenzschale zurück.
Das Modell wurde von Ronald Gillespie und Ronald Nyholm entwickelt und wird deshalb auch Gillespie-Nyholm-Theorie genannt.
Die abgeleiteten Regeln
Aus dem VSEPR-Modell ergeben sich folgende Regeln:
- In Molekülen des Typs ABn ordnen sich die Elektronenpaare in der Valenzschale des Zentralatoms (A) so an, dass der Abstand zwischen ihnen möglichst groß wird.
- Die freien Elektronenpaare (hier mit E symbolisiert) in einem Molekül vom Typ ABnEm beanspruchen mehr Raum als die bindenden Elektronenpaare und führen somit zu einer Vergrößerung der Winkel B-A-E und einer Verkleinerung der Winkel B-A-B.
- Freie Elektronenpaare treten nur in äußersten Grenzfällen in 90° Winkeln miteinander in Wechselwirkung. Nach Möglichkeit wird stets ein großer Abstand mehrerer freier Elektronenpaare zueinander gewählt.
- Elektronegative Substituenten ziehen bindende Elektronenpaare stärker an sich heran und vermindern damit deren Raumbedarf.
- Mehrfachbindungen werden wie ein übergroßes Elektronenpaar gewertet und beanspruchen somit mehr Raum als Einfachbindungen. Hierbei steigt der Platzbedarf mit der Bindungsordnung. Einzelne freie Elektronen in Radikalen nehmen hingegen weniger Raum ein als freie Elektronenpaare.
- Der Winkel zwischen den Elektronenpaaren mit geringerem Platzbedarf wird durch die Anwesenheit von Elektronenpaaren mit größerem Platzbedarf verkleinert. So ist beispielsweise der H-C-H-Winkel in Formaldehyd (H2C=O) kleiner als der H-C-H-Winkel in Methan (CH4).
| Elektronenpaare | Geometrie | Molekültypen | Beispiel | Molekülgestalt | Winkel |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | linear | AB2 | BeCl 2 CO2 | linear | 180° |
| 3 | trigonal planar | AB3 AB2E | BF3 SO2 | dreieckig gewinkelt | 120° 119,4° |
| 4 | tetraedrisch | AB4 AB3E AB2E2 | SiX4 NH3 H2O | tetraedrisch trigonal-pyramidal gewinkelt | 109,5° 107,5° 104,5° |
| 5 | trigonal-bipyramidal | AB5 AB4E AB3E2 AB2E3 | PCl5 SF4 ClF3 XeF2 | trigonal-bipyramidal tetraedrisch verzerrt (bisphenoidal) T-förmig linear | 120°/90° ? ? 180° |
| 6 | oktaedrisch (= quadratisch-bipyramidal, trigonal-antiprismatisch) | AB6 AB5E AB4E2 | SF6 ClF5 XeF4 | oktaedrisch quadratisch-pyramidial quadratisch-planar | 90° ? 90° |
| 7 | pentagonal-bipyramidal | AB7 AB5E2 | IF7 XeF5- | pentagonal-bipyramidal pentagonal-planar | ? ? |
| 8 | tetragonal-antiprismatisch | AB8 | IF8- | tetragonal-antiprismatisch | ? |
Vorhersagen nach VSEPR bei freien Elektronenpaaren am Zentralatom
Molekülgeometrien können recht einfach durch Abzählen der "Reste" vorhergesagt werden, wenn keine freien Elektronenpaare am Zentralatom vorhanden sind. Dennoch lässt sich auch die näherungsweise Betrachtung von Verbindungen mit einem oder mehreren freien Elektronenpaaren schematisieren, indem lone pairs wie Bindungspartner behandelt werden: Man gelangt hierüber zur Pseudostruktur des jeweiligen Moleküls.
Das Sauerstoffatom des Wassers, an welches zwei Wasserstoffatome kovalent geknüpft sind, weist zwei freie Elektronenpaare auf. Dementsprechend ergibt sich aus B = 2 (H-Atome) und E = 2 (freie e-Paare) 2+2=4 und somit eine tetraedrische Geometrie. Indem die freien Elektronenpaare nun "weggedacht" werden, bleibt die Realstruktur zurück: Gewinkelt.
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.
