분자구조의 예측

간단한 분자부터 복잡한 고분자까지, 대부분의 분자구조는 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론, 줄여서 VSEPR이론으로 예측이 가능합니다. VSEPR이론은 결합한 전자쌍 사이의 반발에 의한 퍼텐셜 에너지를 최소화하는 방향, 즉 가능한 멀리 떨어진 상태로 분자의 기하학적 구조가 결정된다고 가정하는 이론입니다. 분자가 어떤 기하학적 구조를 이루는지 알기 위해서 중심 원자의 입체수, SN을 정의합니다. SN은 중심 원자에 결합되어있는 원자 수와 중심 원자에 있는 비공유 전자쌍 수의 합이며, 이는 루이스 구조식을 통해 정할 수 있으며 이때 다중결합도 하나의 결합으로 생각합니다.
비공유 전자쌍이 없는 경우, 입체수는 결합된 원자의 수와 같으므로 입체수와 전자쌍의 최소 에너지 배열을 통해 분자의 구조를 짐작할 수 있고, 비공유 전자쌍이 존재하는 경우에는 비공유 전자쌍이 공유 전자쌍에 비해 반발력이 크다는 점을 추가로 고려해야 합니다. 그리고 결합하는 원자들의 종류가 다양할 때에는 중심 원자와 각 원자들 사이의 결합의 전자쌍이 각각 다르다는 점을 유의해야합니다.
VSEPR이론은 중심원자가 있는 분자의 결합각과 기하학적 구조를 예측하는 데에는 매우 간단하며 강력한 모형이지만, 5족과 6족의 수소화물인 H2S, PH3등의 분자는 관측된 결합각이 사면체각과는 매우 다르며 거의 직각을 이룬다는 사실을 설명하지 못한다는 한계가 있습니다.