Chemische Grundlagen
Elektronenkonfiguration
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VSEPR-Modell einfach erklärt

Das VSEPR-Modell (auch: Elektronenpaarabstoßungsmodell, EPA-Modell ) beschreibt die räumliche Gestalt eines Moleküls  basierend auf der Annahme, dass Elektronenpaare der Valenzschale sich voneinander abstoßen. So formt sich der energetisch günstigste Zustand des Moleküls. VSEPR steht dabei für die englische Bezeichnung „Valence Shell Electron Pair Repulsion“.

Das Modell wurde von Ronald Gillespie und Ronald Nyholm entwickelt und wird aus diesem Grund auch als Gillespie-Nyholm-Theorie bezeichnet.

VSEPR-Modell Regeln

Aus dem VSEPR-Modell ergeben sich abgeleitete Regeln, wobei folgende Abkürzungen verwendet werden:

A: Zentralatom
B: bindende Elektronenpaare
E: freie Elektronenpaare

  • In Molekülen des Typs ABn ordnen sich die Elektronenpaare der Valenzschale mit größtmöglichem Abstand zueinander an.
    Beispiel: CH4 erreicht in tetraedrischer Form die günstigste Raumstruktur.

  • Die freien Elektronenpaare im Molekültyp ABnEm benötigen mehr Platz als die bindenden Elektronenpaare. Dadurch vergrößert sich der Winkel zwischen den bindenden und den freien Elektronen (B-A-E), wogegen sich der Winkel zwischen den bindenden Elektronen (B-A-B) verkleinert
    Beispiel: H2O hat eine gewinkelte Form durch die 2 freien Elektronenpaare um das Zentralatom (O), die mehr Platz einnehmen (B-A-B).

  • Freie Elektronenpaare treten nur in äußersten Grenzfällen im 90°-Winkel miteinander in Wechselwirkung. In den meisten Fällen ist der Winkel und somit der Abstand zueinander größer als 90°.

  • Elektronegative Substituenten ziehen bindende Elektronenpaare (B) stärker an sich heran. Ihr Raumbedarf ist dadurch verringert. 

  • Mehrfachbindungen benötigen mehr Platz und werden daher wie ein übergroßes Elektronenpaar gewertet. Dabei steigt der Platzbedarf mit der Bindungsordnung. Einzelne Elektronen (Radikale) nehmen hingegen weniger Platz ein als freie Elektronenpaare.

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VSEPR-Modell Tabelle

Aus den Regeln ergeben sich nach der VSEPR-Theorie folgende mögliche Kombinationen.

Anzahl Elektronenpaare Geometrie Molekültyp Molekülgestalt Winkel Beispiel 
2 linear
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AB2 linear 180° BeCl 2
CO2
3 trigonal-planar
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AB3 dreieckig 120° BF3
AB2E gewinkelt 119,4° SO2
4 tetraedrisch
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AB4 tetraedrisch 109,5° SiX4
AB3E trigonal-bipyramidal 107,5° NH3
AB2E2 gewinkelt 104,5° H2O
5 trigonal-bipyramidal
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AB5 trigonal-bipyramidal 120°/90° PCl5
AB4E tetraedrisch verzerrt (bisphenoidal) 180°/120° SF4
AB3E2 T-förmig 87,5° ClF3
AB2E3 linear 180° XeF2
6

oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal, trigonal-antiprismatisch)

AB6 oktaedrisch 90° SF6
AB5E quadratisch-pyramidal  ? ClF5
AB4E2 quadratisch-planar 90° XeF4
7 pentagonal-bipyramidal
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AB7 pentagonal-bipyramidal 90°/72° IF7
AB5E2 pentagonal-planar ? XeF5
8 tetragonal-antiprismatisch
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AB8 tetragonal-antiprismatisch 78°/73° IF8

Vorhersagen nach dem VSEPR-Modell

Gibt es keine freien Elektronenpaare am Zentralatom, kannst du die Raumstruktur der Verbindung auch durch Abzählen der „Reste“ näherungsweise darstellen.

Sind freie Elektronenpaare vorhanden, ist es auch möglich, die Molekülgeometrie über die sogenannte Pseudostruktur eines Moleküls herauszufinden. Hierzu betrachtest du die freien Elektronenpaare einfach als einen Bindungspartner. 

Beispiel: Das Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, an das zwei Wasserstoffatome kovalent gebunden (B=2) sind. Außerdem verfügt es über zwei freie Elektronenpaare (E=2). Die Summe der bindenden und freien Elektronenpaare ergibt dann B+E=4. Wenn du nun alle Elektronenpaare als gleich groß betrachtest, ergibt sich die Pseudostruktur des Moleküls. Mit 4 Liganden ist das in dem Fall eine tetraedrische Struktur. Beachtest du die tatsächliche Raumbeanspruchung der freien Elektronenpaare und denkst dir nun die zwei freien Elektronenpaare „weg“, bleibt die Realstruktur des Wassermoleküls zurück — sie ist gewinkelt.

Grenzen des VSEPR-Modells

Das VSEPR-Modell hat auch seine Grenzen.

  • Es ist nicht anwendbar auf Moleküle, bei denen die Seitengruppen, die an das Zentralatom gebunden sind, zu groß sind.
  • Problematisch ist es auch, wenn solche Seitengruppen mit dem Zentralatom oder anderen Substituenten wechselwirken.
  • Auf Übergangsmetallverbindungen ist es eingeschränkt oder teilweise gar nicht anwendbar.

VSEPR-Modell — häufigste Fragen

  • Was ist das VSEPR-Modell?
    Das VSEPR-Modell (auch EPA-Modell oder Elektronenpaarabstoßungsmodell) ist ein chemisches Modell, das die Geometrie von Molekülen voraussagt. Es basiert auf der Annahme, dass Elektronenpaare sich gegenseitig abstoßen und mit größter räumlicher Entfernung voneinander anordnen. 

  • Was ist eine Pseudostruktur?
    Die Pseudostruktur eines Moleküls ergibt sich, wenn freie Elektronenpaare als Bindungspartner angesehen werden. So kann die Geometrie nach dem VSEPR-Modell bestimmt werden. 

Orbitalmodell

In der Chemie gibt es neben Modellen, die sich mit dem Aufbau von Molekülen beschäftigen auch Modelle, die den Aufbau von Atomen erklären. Ein Beispiel hierfür ist das Orbitalmodell. Sieh dir unser Video dazu an!

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