10.1: VSEPR 이론과 기본 형태

VSEPR 이론 개요

원자가 껍질 전자쌍 반발 이론(VSEPR 이론)을 사용하면 루이스 구조의 결합 수와 고립 전자쌍 수를 조사하여 분자의 중심 원자 주위의 대략적인 결합 각도를 포함한 분자 구조를 예측할 수 있습니다. VSEPR 모델은 중심 원자의 원자가 껍질에 있는 전자 쌍이 전자 쌍 사이의 거리를 최대화하여 전자 쌍 사이의 반발을 최소화하는 배열을 채택한다고 가정합니다. 중심 원자의 원자가 껍질에 있는 전자는 주로 결합된 원자 사이에 위치하는 결합 전자쌍 또는 고립전자쌍을 형성합니다. 이러한 전자의 정전기적 반발력은 전자 밀도가 높은 다양한 영역이 가능한 한 서로 멀리 위치할 때 감소됩니다.

VSEPR 이론은 각 중심 원자 주위의 전자쌍 배열과 일반적으로 분자 내 원자의 올바른 배열을 예측합니다. 그러나 우리는 이론이 전자쌍 반발만을 고려한다는 것을 이해해야 합니다. 핵-핵 반발, 핵-전자 인력과 같은 다른 상호작용도 원자가 특정 분자 구조에서 채택하는 최종 배열에 관여합니다.

VSEPR 이론의 응용

VSEPR 이론은 분자의 구조를 예측하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 기체 CO_2 분자의 구조를 예측해 보겠습니다. CO_2의 루이스 구조(그림 1)는 중앙 탄소 원자 주위에 두 개의 전자 그룹만을 보여줍니다. 중심 원자에 두 개의 결합 그룹이 있고 고립 전자쌍이 없기 때문에 결합은 가능한 한 멀리 떨어져 있으며 전자 밀도가 높은 이 영역 사이의 정전기적 반발력은 중심 원자의 반대편에 있을 때 최소로 감소됩니다. 결합각은 180°입니다.

아래 표는 전자 밀도가 높은 영역(결합 및/또는 고립 전자쌍) 사이의 반발력을 최소화하는 전자쌍 기하학적 구조를 보여줍니다. 분자의 중심 원자 주위에 전자 밀도가 있는 두 영역이 선형 기하학을 형성합니다. 세 개의 영역은 삼각형 평면 기하학을 형성합니다. 4개의 영역이 사면체 기하학을 형성합니다. 5개 영역은 삼각 쌍뿔 기하학을 형성하고, 6개 영역은 팔면체 기하학을 형성합니다.

	BeF2	BF3	CH4	PCl5	SF6
전자 영역 수	2	3	4	5	6
전자 영역 형상	선형; 180° 각도	삼각 평면; 모든 각도 120°	테트라헤드랄; 모든 각도 109.5°	삼각 바이피라미드, 각도 90° 또는 120°.	옥타히드랄; 모든 각도90° 또는 180°.
공간 배치

Table 1. VSEPR 이론에 의해 예측된 기본 전자쌍 기하학은 전자 밀도(결합 또는 고립쌍)의 모든 영역 주변의 공간을 최대화합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6: Molecular Structure and Polarity.

원자가 껍질 전자쌍 반발 이론 즉 VSEPR 이론은 분자 구조를 예측하는 도구 역할을 합니다. 음전하 전자 그룹은 단일 결합, 다중 결합 또는 고립된 쌍에 관련된 전자일 수 있으며, 서로 반발하므로 반발을 최소화하기 위해 가능한 최대 거리를 유지하려고 노력한다고 가정합니다. 함께 묶은 풍선 세트를 상상해보십시오.

매 풍선은 가능한 한 서로 반대 방향으로 향합니다. 분자 기하학은 중심 원자 주위에 있는 다양한 전자 그룹 배열에 의해 결정됩니다. 불화 베릴륨은 중심 원자 주위에 두 개의 전자 그룹을 가지고 있습니다.

VSEPR에 따르면, 이 전자 그룹들 사이의 최소 반발은 최대 분리를 통해 이루어집니다. 따라서 결합각은 백팔십도, 분자 모양은 선형입니다. 삼불화붕소는 중심 붕소 원자 주위에 3개의 전자 그룹을 가지고 있습니다.

이 그룹들 사이 반발은 백 이십도 결합 각도를 이루는 것에 의해 최소화될 수 있습니다. VSEPR 이론은 분자가 삼각형 평면 기하학 구조를 나타낸다고 예상합니다. 메탄의 경우 중심 탄소 원자를 둘러싸고 있는 4개의 전자 그룹이 있습니다.

결합 각도가 109.5도일 때 가장 멀고 분자는 3차원 사면체 기하학 구조를 나타냅니다. 다섯 개의 풍선을 함께 묶었을 때 세 개의 풍선이 한 평면에 있고 나머지 두 개의 풍선이 평면의 양쪽에 놓일 때 최대 분리가 이루어집니다. 오염화인은 중심 원자 주위에 5개의 전자 그룹을 가지고 있습니다.

3개의 수평인 염소 원자는 120도의 결합 각도로 분리되며 삼각 평면 배열을 나타냅니다. 평면 위와 아래에 각각 한 개의 염소 원자가 있습니다. 수평인 염소와 축을 이루는 염소의 각도는 90도입니다.

분자는 삼각 쌍뿔 기하학적 구조를 가지고 있습니다. 육플루오르화황에서 황 원자 주위에는 6개의 전자 그룹이 있습니다. 네 그룹은 하나의 평면을 차지하고 있습니다.

다른 두 그룹은 이 평면의 양쪽에 놓여 있습니다. 분자의 기하학적 구조는 팔면체입니다. 모든 결합은 동등하고 결합 각도는 90도 입니다.

이러한 예들은 중심 원자를 중심으로 2~6개의 결합 전자 그룹이 다섯 가지 기본 분자 모양인 선형, 삼각 평면과 사면체, 삼각피라미드, 팔면체로 이어진다는 것을 보여줍니다.