Sagen Sie die Winkel zwischen gebundenen Atomen mit der Theorie der Valenzschalen-Elektronenpaarabstoßung (VSEPR) voraus. Die sterische Zahl – die Summe anderer Atome und einsamer Elektronenpaare, die an ein Zentralatom gebunden sind – bestimmt die Geometrie eines Moleküls. Einsame Elektronenpaare befinden sich in der äußeren (Volant-)Schale eines Atoms und werden nicht mit anderen Atomen geteilt.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Obwohl Sie VSEPR nicht verwenden können, um Bindungswinkel zu berechnen, hilft es, diese Winkel basierend auf der sterischen Zahl zu bestimmen. Nur Wasserstoff hat eine sterische Zahl von eins und das H2-Molekül hat eine lineare Form.
Hybridisierte Orbitale
Ein Elektron umkreist ein Atom in einer charakteristischen Form, die durch den wahrscheinlichsten Ort bestimmt wird, an dem das Elektron zu einem bestimmten Zeitpunkt gefunden wird. Elektronen stoßen sich gegenseitig ab, weil sie alle negative Ladungen haben, also geben Orbitale jedem Elektron den maximal möglichen Abstand zu seinen Nachbarn. Wenn ein Valenzelektron eine kovalente Bindung mit einem anderen Atom eingeht, ändert sich das Orbital in einem als Hybridisierung bezeichneten Prozess. VSEPR sagt Bindungswinkel basierend auf hybridisierten Orbitalen vorher, ist jedoch für bestimmte Metallverbindungen, gasförmige Salze und Oxide nicht genau.
Sp-Hybridisierung
Das einfachste Hybridorbital ist sp, was einer sterischen Zahl von zwei entspricht. Der Bindungswinkel ist linear oder 180 Grad, wenn das Atom keine einsamen Elektronenpaare hat. Ein Beispiel ist Kohlendioxid. Umgekehrt hat ein Stickstoffmolekül ein einsames Elektronenpaar. Dies verleiht ihm eine lineare Form, aber ein unhybridisiertes Orbital und hat daher keinen Bindungswinkel.
Sp2-Hybridisierung
Eine sterische Zahl von drei führt zur Bildung von sp2-Orbitalen. Die Bindungswinkel hängen von der Anzahl der einsamen Elektronenpaare ab. Bortrichlorid hat beispielsweise keine freien Elektronenpaare, eine trigonal-planare Form und Bindungswinkel von 120 Grad. Das Trisauerstoffmolekül O3 hat ein einsames Paar und bildet eine gebogene Form mit Bindungswinkeln von 118 Grad. Auf der anderen Seite hat O2 zwei freie Elektronenpaare und eine lineare Form.
Sp3-Hybridisierung
Ein Atom mit einer sterischen Zahl von vier kann null bis drei einsame Elektronenpaare innerhalb eines sp3-hybridisierten Orbitals haben. Methan, das keine freien Elektronenpaare hat, bildet ein Tetraeder mit 109,5-Grad-Bindungswinkeln. Ammoniak hat ein einsames Paar, wodurch Bindungswinkel von 107,5 Grad und eine trigonal-pyramidale Form erzeugt werden. Wasser mit zwei einsamen Elektronenpaaren hat eine gebogene Form mit 104,5-Grad-Bindungswinkeln. Fluormoleküle haben drei freie Elektronenpaare und eine lineare Geometrie.
Höhere sterische Zahlen
Höhere sterische Zahlen führen zu komplexeren Geometrien und anderen Bindungswinkeln. Neben VSEPR sagen auch komplizierte Theorien wie molekulare Kraftfelder und Quantentheorie Bindungswinkel vorher.