Teoria VSEPR

Budowa przestrzenna dwuatomowych cząsteczek (zarówno homoatomowychA₂, jak i heteroatomowych AB) nie wymaga specjalnego komentarza; budowę cząsteczek wieloatomowych typu AB_x najłatwiej przybliżyć, wykorzystując teorię VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion), czyli teorię odpychania par elektronów walencyjnych. Posługując się tą teorią można przewidzieć kształt cząsteczki.

Rzeczywisty kształt cząsteczki zależy nie tylko od typu hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu centralnego, ale także od tego, czy dana hybryda jest wykorzystana do utworzenia wiązania z innym atomem, czy obsadzana przez wolną parę elektronową. Istotny wpływ na kształt cząsteczki ma właśnie obecność wolnych par elektronowych na atomie centralnym.

Do określania liczby hybryd LH, a tym samym typu hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu centralnego rozpatrywanej cząsteczki, można stosować poniższy wzór, jeżeli spełnione są warunki:cząsteczka AB_x zawiera jeden atom centralny, którym jest atom pierwiastka z bloku s lub p oraz hybrydyzacji ulegają tylko orbitale walencyjne atomu centralnego A:

Jeżeli LH = x, czyli liczba hybryd jest równa liczbie par tworzących wiązania σ, to kształt cząsteczki na ogół jest zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd. Jeżeli atom centralny posiada wolną parę elektronową (lub pary), to nastąpią zmiany w kształcie cząsteczki. Kształt nie będzie zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd, gdyż należy uwzględnić różnice w energii odpychania elektronów, która rośnie w szeregu:

wiążąca para σ – wiążąca para σ < wiążąca para σ – wolna para elektronowa < wolna para elektronowa – wolna para elektronowa

Ponieważ odpychanie pomiędzy wiążącą parą σ i wolną parą elektronową jest silniejsze niż odpychanie pomiędzy parami σ, nastąpią zmiany w kształcie cząsteczki (kształt nie będzie zgodny z przestrzennym ułożeniem hybryd). Osie orbitali σ nie będą się pokrywały z osiami wyjściowych orbitali zhybrydyzowanych i kąt pomiędzy osią hybrydy obsadzonej przez wolną parę elektronową a osią orbitalu σ będzie większy (silniejsze odpychanie), niż kąt pomiędzy osiami dwóch orbitali σ (słabsze odpychanie).