VSEPR 이론과 고립 쌍의 효과

분자 기하학 구조를 예측할 때 중심 원자가 결합 쌍과 고립 전자쌍을 모두 가질 경우 몇 가지 단계를 더 거쳐야 합니다. 암모니아에 있는 질소 원자에는 4개의 전자 그룹이 사면체 방식으로 배열되어 있는데, 이는 3개의 결합 쌍과 1개의 고립된 쌍입니다. 고립된 전자 쌍은 결합 쌍보다 더 큰 공간을 차지합니다.

이것은 고립된 쌍이 하나의 핵에만 결합되는 반면에, 결합 전자 그룹은 두 개의 핵에 의해 공유되기 때문입니다. H-N-H 결합 각도는 메탄에서 관측된 사면체의 각도 109.5도보다 작습니다. 결합 각도의 이러한 감소는 고립된 전자쌍이 인접한 결합 전자 그룹에 가하는 반발력에 기인합니다.

전자쌍의 배열을 전자-쌍 기하학이라고 합니다. 분자 기하학은 원자의 배열을 설명하며 전자-쌍 기하학과는 다릅니다. 암모니아의 전자쌍 기하학 구조는 사면체인 반면에, 분자 모양은 삼각형 피라미드형입니다.

물 분자는 또한 중심 원자 주위에 4개의 전자 그룹을 가지고 있습니다. 전자쌍 기하학은 또한 두 개의 결합 전자 그룹과 두 개의 고립 전자쌍을 가진 사면체입니다. 고립 전자쌍 간의 반발력은 고립 전자쌍과 결합쌍 및 두 결합쌍 간의 반발력보다 큽니다.

두 개의 고립 전자쌍이 가하는 큰 반발력은 물 분자의 H-O-H 결합 각도를 더욱 압축합니다. 이상적인 사면체 결합각보다 훨씬 작고 분자 기하학 구조가 구부러져 있습니다. 고립 전자쌍이 분자 기하학 구조에 미치는 영향은 메탄, 암모니아, 물을 보면 알 수 있는데, 모두 4개의 전자 그룹을 가지고 있습니다.

고립 전자쌍의 수가 증가할수록 결합 각도는 작아집니다. VSEPR 이론에서, 말단 원자 위치는 선형, 삼각 평면 및 사면체의 전자-쌍 기하학 각각에서 구조적으로 동등합니다. 하나의 고립된 쌍이 이 원자들을 대체할 수도 있습니다.

그러나 삼각 쌍뿔 전자-쌍 기하학 구조의 경우 축방향 위치와 수평 방향 위치라는 두 가지 뚜렷한 위치가 있는데, 고립된 쌍으로 대체될 수 있습니다. 축방향 위치는 90도의 결합 각도로 둘러싸여 있는 반면에, 수평 위치는 120개의 결합 각도로 인해 더 넓은 공간을 사용할 수 있습니다. 고립된 쌍은 수평 위치를 선호합니다.

삼각 쌍뿔 전자쌍 기하학 구조의 세 가지 예를 고찰해봅시다. 사플루오린화 황은 하나의 고립된 전자쌍을 가지고 있고 분자 기하학 구조는 시소입니다. 삼플루오르화브롬은 수평 위치에 두 개의 고립 전자쌍을 가지고 있고 결국 분자 기하학 구조는