Теория отталкивания электронных пар

Химия - Теория отталкивания электронных пар

28 февраля 2011
Самая подробная информация Пульт для весов купить на нашем сайте.

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:

Конфигурация связей многовалентного атома обусловливается исключительно числом связывающих и несвязывающих электронных пар в валентной оболочке центрального атома.
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 AX_mE_n. 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 AX_mE_n без кратных связей.

Общее число электронных пар.	Геометрия 0 свободных пар	1 свободная пара	2 свободные пары
2	Линейная
3	Равносторонний треугольник	Искаженная
4	Тетраэдр	Тригональная пирамида	Искаженная
5	Тригональная бипирамида
6	Октаэдр	Квадратная пирамида
7	Пентагональная бипирамида	Пентагональная пирамда

Тип молекулы	Конфигурация	Примеры
AX₁E_n	Двухатомная	HF, O₂
AX₂E₀	Линейная	BeCl₂, HgCl₂, CO₂
AX₂E₁	Искаженная	NO₂, SO₂, O₃
AX₂E₂	Искаженная	H₂O, OF₂
AX₂E₃	Линейная	XeF₂, I₃
AX₃E₀	Равносторонний треугольник	BF₃, CO₃, NO₃, SO₃
AX₃E₁	Тригональная пирамида	NH₃, PCl₃
AX₃E₂	Т-образная	ClF₃, BrF₃
AX₄E₀	Тетраэдр	CH₄, PO₄, SO₄, ClO₄
AX₄E₁	Дисфеноид	SF₄
AX₄E₂	Плоскоквадратная геометрия	XeF₄
AX₅E₀	Тригональная бипирамида	PCl₅
AX₅E₁	Квадратная пирамида	ClF₅, BrF₅
AX₆E₀	Октаэдр	SF₆
AX₆E₁	Пентагональная пирамида	XeF₆
AX₇E₀	Пентагональная бипирамида	IF₇