Теория отталкивания электронных пар валентной оболочки ( VSEPR ) ( / ˈ v ɛ s p ər , v ə ˈ s ɛ p ər / VESP -ər , [1] : 410 və- SEP -ər [2] ), является моделью, используемой в химия для предсказания геометрии отдельных молекул по количеству электронных пар, окружающих их центральные атомы. [3] Она также называется теорией Гиллеспи-Нихолма в честь двух ее основных разработчиков, Рональд Гиллеспи и Рональд Нихолм .
Предпосылка VSEPR заключается в том, что пары валентных электронов , окружающих атом, имеют тенденцию отталкиваться друг от друга и, следовательно, принимают расположение, которое минимизирует это отталкивание. Это, в свою очередь, уменьшает энергию молекулы и увеличивает ее стабильность, что определяет молекулярную геометрию . Гиллеспи подчеркивал, что электрон-электронное отталкивание, обусловленное принципом запрета Паули , более важно для определения молекулярной геометрии, чем электростатическое отталкивание. [4]
Понимание теории VSEPR основано на топологическом анализе электронной плотности молекул. Такие методы квантово-химической топологии (КХТ) включают функцию электронной локализации (ELF) и квантовую теорию атомов в молекулах (AIM или QTAIM). [4] [5] Следовательно, VSEPR не имеет отношения к методам, основанным на волновой функции , таким как орбитальная гибридизация в теории валентных связей . [6]
Идея корреляции между геометрией молекулы и количеством пар валентных электронов (как общих, так и неподеленных пар) была первоначально предложена в 1939 году Рютаро Цутида в Японии [7] и была независимо представлена в Бейкерской лекции в 1940 году Невилом Сиджвиком и Гербертом . Пауэлл из Оксфордского университета . [8] В 1957 году Рональд Гиллеспи и Рональд Сидней Нихолм из Университетского колледжа Лондона усовершенствовали эту концепцию до более подробной теории, способной выбирать между различными альтернативными геометриями. [9] [10]
Теория VSEPR используется для предсказания расположения электронных пар вокруг центральных атомов в молекулах, особенно в простых и симметричных молекулах. Центральный атом определяется в этой теории как атом, который связан с двумя или более другими атомами, в то время как концевой атом связан только с одним другим атомом. [1] : 398 Например, в молекуле метилизоцианата (H 3 C-N=C=O) два атома углерода и один азот являются центральными атомами, а три атома водорода и один кислород являются концевыми атомами. [1] : 416 Геометрия центральных атомов и их несвязывающих электронных пар, в свою очередь, определяет геометрию всей большей молекулы.
Количество электронных пар в валентной оболочке центрального атома определяется после построения структуры молекулы по Льюису и ее расширения, чтобы показать все группы связи и неподеленные пары электронов. [1] : 410–417 В теории VSEPR двойная или тройная связь рассматривается как одинарная связывающая группа. [1] Сумма числа атомов, связанных с центральным атомом, и числа неподеленных пар , образованных его несвязывающими валентными электронами , известна как стерическое число центрального атома.