Химия - Теория отталкивания электронных пар

01 марта 2011


Оглавление:
1. Теория отталкивания электронных пар
2. Развитие теории ОЭПВО и примеры
3. Недостатки теории ОЭПВО и отклонения от ее предсказаний
4. Основной источник



один из подходов в химии, необходимый для объяснения и предсказания геометрии молекул. Согласно этой теории молекула всегда будет принимать форму, при которой отталкивание внешних электронных пар минимально.

История

В 1940 г. Н. Сиджвик и Г. Пауэлл предложили модель отталкивания электронных пар, которая впоследствии была развита Р. Гиллеспи и Р. Найхолмом. Основные идеи этого подхода, приложимого только к соединениям непереходных элементов, сводятся к следующему:

  1. Конфигурация связей многовалентного атома обусловливается исключительно числом связывающих и несвязывающих электронных пар в валентной оболочке центрального атома.
  2. Ориентация облаков электронных пар валентных орбиталей определяется максимальным взаимным отталкиванием заполняющих их электронов.

Описание

Если бы природа сил взаимного отталкивания электронных пар имела чисто электростатический характер, эти силы определялись бы соотношением, где n = 2. Однако кроме электростатического взаимодействия электронные пары на разных локализованных молекулярных орбиталях испытывают отталкивание еще в силу действия принципа Паули, поэтому в выражении для сил F\thicksim 1/r^n , где r — расстояние между «центрами тяжести» облаков электронных пар ЛМО, n\rightarrow \infty. Задача поиска расположения центров облаков электронных пар, расталкивающихся в соответствии с при равных для всех пар величинах r, эквивалентна задаче размещения нескольких частиц на поверхности сферы при их максимальном удалении друг от друга. Эта задача решается строго для числа частиц от 2 до 12 и дает следующий результат:

Таблица 1. Конфигурация связей центрального атома А в зависимости от числа электронных пар q на его валентных орбиталях.

q Конфигурация
2 Линейная
3 Равносторонний треугольник
4 Тетраэдр
5 Тригональная бипирамида
6 Октаэдр
7 Октаэдр с дополнительной вершиной
8 Квадратная антипризма
9 Треугольная призма с тремя дополнительными вершинами
10 Квадратная антипризма с двумя дополнительными вершинами
11 Икосаэдр без одной вершины
12 Икосаэдр

В таблице 1 в число q входят электронные пары как на связывающих ЛМО, так и на несвязывающих, то есть неподеденные электронные пары. Гиллеспи ввел для связывающих электронных пар обозначение X, а для несвязывающих — Е. С учетом этих обозначений можно следующим образом представить геометрическую конфигурацию молекул типа AXmEn. Как видно из данных таблицы 2, в рамках теории ОЭПВО для определения топологии связей центрального атома в молекулах, образованных непереходными элементами, необходимо только сосчитать число электронных пар на связывающих и несвязывающих орбиталях и разместить их на осях соответствующего многогранника.

Таблица 2-3. Геометрия структуры молекул типа AXmEn без кратных связей.

Общее число
электронных пар.
Геометрия
0 свободных пар
1 свободная пара 2 свободные пары 3 свободные пары
2 AX2E0-2D.png
Линейная
     
3 AX3E0-side-2D.png
Равносторонний треугольник
AX2E1-2D.png
Искаженная
   
4 AX4E0-2D.png
Тетраэдр
AX3E1-2D.png
Тригональная пирамида
AX2E2-2D.png
Искаженная
 
5 AX5E0-2D.png
Тригональная бипирамида
AX4E1-2D.png
AX3E2-2D.png
AX2E3-2D.png
6 AX6E0-2D.png
Октаэдр
AX5E1-2D.png
Квадратная пирамида
AX4E2-2D.png
 
7 AX7E0-2D.png
Пентагональная бипирамида
AX6E1-2D.png
Пентагональная пирамда
   
Тип молекулы Конфигурация Расположение электронных пар Геометрия Примеры
AX1En Двухатомная AX1E0-3D-balls.png AX1E0-3D-balls.png HF, O2
AX2E0 Линейная AX2E0-3D-balls.png Linear-3D-balls.png BeCl2, HgCl2, CO2
AX2E1 Искаженная AX2E1-3D-balls.png Bent-3D-balls.png NO2, SO2, O3
AX2E2 Искаженная AX2E2-3D-balls.png Bent-3D-balls.png H2O, OF2
AX2E3 Линейная AX2E3-3D-balls.png Linear-3D-balls.png XeF2, I3
AX3E0 Равносторонний треугольник AX3E0-3D-balls.png Trigonal-3D-balls.png BF3, CO3, NO3, SO3
AX3E1 Тригональная пирамида AX3E1-3D-balls.png Pyramidal-3D-balls.png NH3, PCl3
AX3E2 Т-образная AX3E2-3D-balls.png T-shaped-3D-balls.png ClF3, BrF3
AX4E0 Тетраэдр AX4E0-3D-balls.png Tetrahedral-3D-balls.png CH4, PO4, SO4, ClO4
AX4E1 Дисфеноид AX4E1-3D-balls.png Seesaw-3D-balls.png SF4
AX4E2 Плоскоквадратная геометрия AX4E2-3D-balls.png Square-planar-3D-balls.png XeF4
AX5E0 Тригональная бипирамида Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png PCl5
AX5E1 Квадратная пирамида AX5E1-3D-balls.png Square-pyramidal-3D-balls.png ClF5, BrF5
AX6E0 Октаэдр AX6E0-3D-balls.png Octahedral-3D-balls.png SF6
AX6E1 Пентагональная пирамида AX6E1-3D-balls.png Pentagonal-pyramidal-3D-balls.png XeF6
AX7E0 Пентагональная бипирамида AX7E0-3D-balls.png Pentagonal-bipyramidal-3D-balls.png IF7
† Расположение электронных пар, включая свободные
‡ Геометрия


Просмотров: 6154


<<< Теория кристаллического поля
Типы связей в кристаллах >>>