Das VSEPR–Modell von Gillespie

Worum geht es ?

Das VSEPR–Modell von Gillespie ist ein Modell, mit dem man die räumliche Anordnung von Atomen in einem Molekül erklären (bei bekannten Molekülen) oder vorhersagen (bei noch nicht untersuchten Molekülen) kann.

Was braucht man, um das Modell anwenden zu können ?

Es ist nur eine Hand voll einfacher, leicht zugänglicher Informationen nötig. Sie müssen wissen,

Damit ist auch eine Grenze des Gillespie–Modells aufgezeigt. Man kann es nur auf Verbindungen mit kovalenten und polaren Bindungen anwenden. Die Verhältnisse in Ionenkristallen oder Metallen kann man damit nicht beschreiben.

2 neue Begriffe

Das Zentralatom ist dasjenige, von dem man wissen will, wie sich andere Atome räumlich darum herum anordnen, dessen Geometrie man also herausfinden will.

Die Liganden sind die Atome, die sich um das Zentralatom herum gruppieren.

Zentralatome, Liganden und Elektronenpaare

An den beiden Formeln können Sie sehen, was Zentralatome, Liganden, Bindungselektronenpaare und einsame Elektronenpaare sind.

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Die Kernaussage des Gillespie–Modells

Die Elektronenpaare in der Valenzschale eines Atoms stoßen sich gegenseitig ab und ordnen sich deshalb in möglichst großer Entfernung voneinander an.

Wie kann man mit dem Gillespie–Modell die Geometrie eines Moleküls bestimmen ?

1. Schritt : Die Elektronenpaare bilden einen Polyeder

Wo landen die Elektronenpaare eines Atoms, wenn sie sich möglichst weit voneinander entfernen ? Sie kommen an den Ecken eines Polyeders an.

Und was für Polyeder sind das ? Das kommt darauf an, wieviele Elektronenpaare vorhanden sind.

 

Hier sind die 3 wichtigsten Polyeder der Liste zusammenngestellt.

2. Schritt : Elektronenpaare in Bindungen und einsame Elektronenpaare unterscheiden sich

Gehören alle Elektronenpaare zu Bindungen (ein Beispiel ist Methan), so befinden sich alle Liganden an den Ecken eines Polyeders um das Zentralatom. Das Methanmolekül ist also tetraedrisch gebaut.

Sind einsame Elektronenpaare vorhanden, befinden sich an den betreffenden Ecken der Polyeder keine Liganden. Die Moleküle von Wasser und Ammoniak sind Beispiele dafür.

 

3. Schritt : Manche Elektronenpaare brauchen mehr Platz als andere

Einsame Elektronenpaare brauchen mehr Platz als Bindungen. Dadurch drücken sie die Bindungen etwas zur Seite, und die Polyeder werden verzerrt.

Die Elektronen von Doppel- und Dreifachbindungen befinden sich an der gleichen Stelle des Polyeders, werden also nur einfach gezählt. Sie brauchen aber mehr Platz als Einfachbindungen. Dadurch drücken sie die anderen Bindungen etwas zur Seite, und die Polyeder werden verzerrt.

Ein paar Beispiele

Methan

Aus der Valenzstrichformel sieht man, dass das Kohlenstoffatom 4 Elektronenpaare hat. Sie gehören alle zu Bindungen, es gibt keine einsamen Elektronenpaare.

Die Elektronenpaare befinden sich an den Ecken eines Tetraeders. Also befinden sich auch die Liganden an den Ecken eines Tetraeders.

Ammoniak

Wieder sieht man an der Valenzstrichformel, dass das zentrale Stickstoffatom 4 Elektronenpaare hat. Sie befinden sich wieder an den Ecken eines Tetraeders. Nur 3 Elektronenpaare gehören zu Bindungen. Die 3 Wasserstoffatome besetzen also die 3 Positionen an der Grundfläche des Tetraeders.

Das vierte Elektronenpaar ist ein einsames. Es drückt die 3 Bindungen etwas zusammen. Das Stickstoffatom sitzt an der Spitze einer sehr flachen Pyramide, die Wasserstoffatome an der Basis.

Wasser

Die Valenzstrichformel zeigt 4 Elektronenpaare am zentralen Sauerstoffatom. Sie sind an den Ecken eines Tetraeders. 2 davon gehören zu Bindungen. Die beiden Bindungen zeigen also in 2 Ecken eines Tetraeders.

Die beiden anderen (einsamen) Elektronenpaare drücken die Bindungen zusammen, so dass der Winkel zwischen ihnen kleiner ist als im Ammoniak oder Methan.

Wieviele Molekülgeometrien gibt es ?

Etwas mehr als 20. Darunter sind sehr häufig vorkommende, weniger häufige und ziemlich exotische. Eine Liste finden Sie in der

 

 

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