Théorie de la répulsion des paires d'électrons de Shell Valence

Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory (VSEPR) est un modèle moléculaire pour prédire la géométrie des atomes composant une molécule où les forces électrostatiques entre les électrons de valence d'une molécule sont minimisées autour d'un atome central.

La théorie est également connue sous le nom de théorie de Gillespie-Nyholm, d'après les deux scientifiques qui l'ont développée). Selon Gillespie, le principe d'exclusion de Pauli est plus important dans la détermination de la géométrie moléculaire que l'effet de la répulsion électrostatique.

Selon la théorie VSEPR, le méthane (CH₄) molécule est un tétraèdre car les liaisons hydrogène se repoussent et se répartissent uniformément autour de l'atome de carbone central.

Utilisation de VSEPR pour prédire la géométrie des molécules

Vous ne pouvez pas utiliser une structure moléculaire pour prédire la géométrie d'une molécule, bien que vous puissiez utiliser la structure de Lewis. C'est la base de la théorie VSEPR. Les paires d'électrons de valence s'organisent naturellement de manière à être aussi éloignées les unes des autres que possible. Cela minimise leur répulsion électrostatique.

Prenez, par exemple, BeF₂. Si vous affichez la structure de Lewis pour cette molécule, vous voyez que chaque atome de fluor est entouré de paires d'électrons de valence, à l'exception du seul électron de chaque atome de fluor qui est lié à l'atome central de béryllium. Les électrons de valence du fluor se séparent le plus possible ou à 180 °, donnant à ce composé une forme linéaire.

Si vous ajoutez un autre atome de fluor pour faire du BeF₃, le plus éloigné possible des paires d'électrons de valence est de 120 °, ce qui forme une forme plane trigonale.

Obligations doubles et triples dans la théorie VSEPR

La géométrie moléculaire est déterminée par les emplacements possibles d'un électron dans une coquille de valence, et non par le nombre de paires d'électrons de valence présents. Pour voir comment le modèle fonctionne pour une molécule à double liaison, considérons le dioxyde de carbone, le CO₂. Alors que le carbone a quatre paires d'électrons de liaison, il n'y a que deux endroits où les électrons peuvent être trouvés dans cette molécule (dans chacune des doubles liaisons avec l'oxygène). La répulsion entre les électrons est moindre lorsque les doubles liaisons sont de part et d'autre de l'atome de carbone. Cela forme une molécule linéaire qui a un angle de liaison de 180 °.

Pour un autre exemple, considérons l'ion carbonate, CO₃^2-. Comme pour le dioxyde de carbone, il y a quatre paires d'électrons de valence autour de l'atome de carbone central. Deux paires sont en liaisons simples avec des atomes d'oxygène, tandis que deux paires font partie d'une double liaison avec un atome d'oxygène. Cela signifie qu'il existe trois emplacements pour les électrons. La répulsion entre les électrons est minimisée lorsque les atomes d'oxygène forment un triangle équilatéral autour de l'atome de carbone. Par conséquent, la théorie VSEPR prédit que l'ion carbonate prendra une forme plane trigonale, avec un angle de liaison de 120 °.

Exceptions à la théorie VSEPR

La théorie de la répulsion des paires d'électrons de Shell Valence ne prédit pas toujours la géométrie correcte des molécules. Exemples d'exceptions:

• molécules de métal de transition (par exemple, CrO₃ est bipyramidal trigonal, TiCl₄ est tétraédrique)
• molécules à électrons impairs (CH₃ est planaire plutôt que trigonal pyramidal)
• certains AX₂E₀ molécules (par exemple, CaF₂ a un angle de liaison de 145 °)
• certains AX₂E₂ molécules (par exemple, Li₂O est linéaire plutôt que courbé)
• certains AX₆E₁ molécules (par exemple, XeF₆ est octaédrique plutôt que pentagonal pyramidal)
• certains AX₈E₁ molécules

La source

R.J. Gillespie (2008), Coordination Chemistry Reviews, vol. 252, pp. 1315-1327, "Cinquante ans du modèle VSEPR"