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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.

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

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 ABn 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 ABnEm 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 AB2 BeCl 2
CO2
linear 180°
3 trigonal planar AB3
AB2E
BF3
SO2
dreieckig
gewinkelt
120°
119,4°
4 tetraedrisch AB4
AB3E
AB2E2
SiX4
NH3
H2O
tetraedrisch
trigonal-pyramidal
gewinkelt
109,5°
107,5°
104,5°
5 trigonal-bipyramidal AB5
AB4E
AB3E2
AB2E3
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)
AB6
AB5E
AB4E2
SF6
ClF5
XeF4
oktaedrisch
quadratisch-pyramidial
quadratisch-planar
90°
?
90°
7 pentagonal-bipyramidal AB7
AB5E2
IF7
XeF5-
pentagonal-bipyramidal
pentagonal-planar
90°/72°
?
8 tetragonal-antiprismatisch AB8 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.

 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel VSEPR-Modell aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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