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VSEPR-Modell

Das EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungsmodell) oder 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.

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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 AB_n ordnen sich die Elektronenpaare in der Valenz-Energiestufe 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 AB_nE_m 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	$A B 2$	BeCl ₂ CO₂	linear	180°
3	trigonal planar	$A B 3$ $A B 2 E$	BF₃ SO₂	dreieckig gewinkelt	120° 119,4°
4	tetraedrisch	$A B 4$ $A B 3 E$ $A B 2 E 2$	SiX₄ NH₃ H₂O	tetraedrisch trigonal-pyramidal gewinkelt	109,5° 107,5° 104,5°
5	trigonal-bipyramidal	$A B 5$ $A B 4 E$ $A B 3 E 2$ $A B 2 E 3$	PCl₅ SF₄ ClF₃ XeF₂	trigonal-bipyramidal tetraedrisch verzerrt (bisphenoidal) T-förmig linear	120°/90° 180°/120° 87,5° 180°
6	oktaedrisch (= quadratisch-bipyramidal, trigonal-antiprismatisch)	$A B 6$ $A B 5 E$ $A B 4 E 2$	SF₆ ClF₅ XeF₄	oktaedrisch quadratisch-pyramidial quadratisch-planar	90° ? 90°
7	pentagonal-bipyramidal	$A B 7$ $A B 5 E 2$	IF₇ XeF₅^-	pentagonal-bipyramidal pentagonal-planar	90°/72° ?
8	tetragonal-antiprismatisch	$A B 8$	IF₈^-	tetragonal-antiprismatisch	78°/73°

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 freie Elektronenpaare 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.

Kategorien: Physikalische Chemie | Chemische Bindung

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