Das VSEPR-Modell (Abkürzung für , deutsch Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung), auch EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungs-Modell) oder ursprünglich VEPR-Theorie (englisch ), führt die räumliche Gestalt eines Moleküls auf die abstoßenden Kräfte zwischen den Elektronenpaaren der Valenzschale zurück.
mini|VSEPR-Modellefür zwei und drei Elektronenpaare
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:
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.
# Molekültypen Beispiel Ψ – Struktur / Pseudostruktur Realstruktur Winkel 1 64pxAX1 H2 64pxlinear 64pxlinear 2 128pxAX2 BeCl2 CO2 64pxlinear 64pxlinear 180° 128pxAX1E1 CO 64pxlinear 64pxlinear 3 64pxAX3 BF3NO3−CO32− 64pxtrigonal planar 64pxtrigonal planar 120° 64pxAX2E SO2O3NO2− 64pxtrigonal planar 64pxgewinkelt ca. 115° 64pxAX1E2 64pxtrigonal planar 64pxlinear 4 64pxAX4 CH4SO42− PO43−ClO4− 64pxtetraedrisch 64pxtetraedrisch 109,5° 64pxAX3E NH3PCl3 64pxtetraedrisch 64pxtrigonal-pyramidal ca. 107° 64pxAX2E2 H2O 64pxtetraedrisch 64pxgewinkelt ca. 104° 64pxAX1E3 HCl 64pxtetraedrisch 64pxlinear 5 64pxAX5 PCl5 64pxtrigonal-bipyramidal 64pxtrigonal-bipyramidal 120° / 90° 64pxAX4E SF4, SCl4 64pxtrigonal-bipyramidal 64px"Wippe", bisphenoidal ca. 175° / 110° 64pxAX3E2 ClF3 64pxtrigonal-bipyramidal 64pxT-förmig ca. 87,5° 64pxAX2E3 XeF2 64pxtrigonal-bipyramidal 64pxlinear 180°6 64pxAX6 SF6 64pxoktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal, trigonal-antiprismatisch) 64pxoktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,trigonal-antiprismatisch) 90° 64pxAX5E ClF5 64pxoktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal, trigonal-antiprismatisch) 64pxquadratisch-pyramidal ca. 85° 64pxAX4E2 XeF4 64pxoktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal, trigonal-antiprismatisch) 64pxquadratisch-planar 90°7 72pxAX7 IF7 64pxpentagonal-bipyramidal 64pxpentagonal-bipyramidal 90° / 72° 72pxAX6E [XeOF5]− 64pxpentagonal-bipyramidal 64pxpentagonal-pyramidal ca. 90° / ca. 72° 72pxAX5E2 XeF5− 64pxpentagonal-bipyramidal 64pxpentagonal-planar 72°8 AX8 IF8− 64x64px tetragonal-antiprismatisch64x64px tetragonal-antiprismatisch78° / 73°
Anmerkungen:
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
R. J. Gillespie, I. Hargittai: The VSEPR Model of Molecular Geometry. 8. Aufl., Allyn & Bacon, Boston 1991, ISBN 978-0-205-12369-8.
Weblinks
Einzelnachweise
Kategorie:Physikalische Chemie Kategorie:Chemische Bindung Kategorie:Isomerie