CHEMISTRY THEORY BORND

ทฤษฎีพันธะเคมี 

(CHEMISTRY THEORY BORND)

ทฤษฎีพันธะเคมี 

พันธะเคมี คือ การที่มีแรงยึดอะตอมเข้าเป็นโมเลกุลในที่นี้พันธะทางเคมี  มีอยู่หลายแบบด้วยกันซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายไว้มากมายเกี่ยวกับทฤษฎีพันธะเคมีดังนี้

1.        ทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุล(molecular orbital theory ; MO theory )

                ทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุลเป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายว่าทั้งโมเลกุลและอะตอม ต่างก็มีออร์บิทัลซึ่งเป็นที่ที่อิเล็กตรอนสามารถเข้ามาอยู่ได้ โดยแต่ละออร์บิทัลมีพลังงานต่างกันไป หลักการสำคัญของทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุลจะมองว่าอิเล็กตรอนในออร์บิทัลโมเลกุลไม่ได้อยู่ประจำที่ ( delocalized electrons ) แต่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ทั่วทั้งโมเลกุล

ถ้าเป็นออร์บิทัลของ อะตอม    เรียกว่า  ออร์บิทัลอะตอม

ถ้าเป็นออร์บิทัลของ โมเลกุล  เรียกว่า  ออร์บิทัลโมเลกุล

ข้อดี ของทฤษฎีออร์บิทัลโมเลกุลสามารถทำนายการเกิดเป็นโมเลกุล สมบัติทางแม่เหล็ก และให้ความเข้าใจเกี่ยวกับสภาวะเร้าของโมเลกุลได้

                การซ้อนเหลื่อมกันของออร์บิทัลอะตอม ทำให้เกิดออร์บิทัลโมเลกุลซึ่งแบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ
      1. ออร์บิทัลโมเลกุลแบบสร้างพันธะ (bonding molecular orbital ; BMO) การเกิดออร์บิทัลโมเลกุลแบบนี้จะทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานลดลงนั่นคือมีความเสถียรมากขึ้น
      2. ออร์บิทัลโมเลกุลแบบต้านพันธะ (anti-bonding molecular orbital ; AMO การเกิดออร์บิทัลโมเลกุลแบบนี้จะทำให้อะตอมที่ได้มีพลังงานเพิ่มขึ้น นั่นคือมีความเสถียรน้อยลงโดยทั่วไปแล้วระดับพลังงานของออร์บิทัลโมเลกุลมีลำดับดังนี้

                             σ_1s < σ^*_1s < σ_2s < σ^*_2s < p_y ,p_x < σ_z < p^*_y , p^*_x < σ^*_z

ยกเว้น O₂ และ F₂ ที่ 2σ_Z < 2p_Px < 2p_Py 

การบรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัล
1. ให้นำเวเลนซ์อิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมมารวมกันโดยไม่สนใจว่ามาจากอะตอมใด
2. จากนั้นให้บรรจุเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดลงในออร์บิทัลโมเลกุลโดยให้เริ่มบรรจุในออร์บิทัลมีพลังงานต่ำก่อน โดยยึดหลักที่ว่า
     2.1 หนึ่งออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนได้ 2 ตัว
     2.2 อิเล็กตรอนสองตัวในออร์บิทัลเดียวกันต้องมีสปินที่ตรงกันข้าม      
3. ถ้ามีสองออร์บิทัลมีพลังงานเท่ากันเช่น  p_x และ p_y ให้บรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลใดก่อนก็ได้ โดยบรรจุตามกฏของฮุนด์ จากนั้น ถ้ามีอิเล็กตรอนเหลือก็ให้บรรจุในออร์บิทัลใดก่อนก็ได้โดยมีสปินตรงข้ามกับอิเล็กตรอนตัวเดิม

อันดับพันธะ
                อันดับพันธะ  หมายถึง  จำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันระหว่างอะตอม คำนวณได้จากอันดับพันธะ = 1/2(จำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลแบบสร้างพันธะ -จำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลแบบต้านพันธะ) อันดับพันธะไม่จำเป็นต้องเป็นเลขจำนวนเต็มยิ่งอันดับพันธะมีค่ามาก โมเลกุลนั้นยิ่งเสถียรแต่ถ้าอันดับพันธะมีค่าเท่ากับศูนย์ โมเลกุลนั้นไม่เสถียรหรือไม่สามารถเกิดได้จริง เช่น H₂ มีอันดับพันธะ = 1/2(2-0) = 1

สมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า
                พาราแมกเนติก (paramagnetic) มีสมบัติเบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า เกิดขึ้นได้ถ้าในออร์บิทัลโมเลกุลมีอิเล็กตรอนที่ไม่เข้าคู่ไดอะแมกเนติก (diamagnetic) ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นในออร์บิทัลโมเลกุลมีอิเล็กตรอนเข้าคู่ออร์บิทัล

ออร์บิทัลโมเลกุลของธาตุต่างชนิดกัน (heteronuclear diatomic molecule)โดยทั่วไปแล้วออร์บิทัลอะตอมของอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำกว่ามักจะมีค่าพลังงานสูงกว่า  ตัวอย่างออร์บิทัลโมเลกุลของธาตุต่างชนิดกัน เช่น  HF  ;  H มี 1 เวเลนซ์อิเล็กตรอน และ F มี 7 เวเลนซ์อิเล็กตรอน  จะเห็นว่าอิเล็กตรอนทั้ง 8 ตัวบรรจุอยู่ในออร์บิทัลโมเลกุลทั้งหมด 4ออร์บิทัลโดยออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานสูงสุดที่มีเล็กตรอนบรรจุอยู่เป็นชนิด ไพออร์บิทัลซึ่งอิเล็กตรอนในไพออร์บิทัลจะไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับ H อะตอม เรียกออร์บิทัลเหล่านี้ว่า non-bonding orbital

2.         ทฤษฎีแถบพลังงาน ( band theory )

              โลหะ สามารถนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี มีลักษณะเป็นเงาและมีความวาวเมื่อถูกแสง นอกจากนี้ยังสามารถดึงเป็นเส้น ตีเป็นแผ่น    หรือบิดงอได้โดยไม่แตกหัก ซึ่งคุณสมบัติที่สำคัญเหล่านี้ก็เนื่องจากโลหะยึดกันด้วยพันธะชนิดหนึ่ง นั่นก็คือ พันธะโลหะ
ทฤษฎีที่ใช้อธิบายพันธะโลหะ
       1. แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model )
       2. ทฤษฎีแถบพลังงาน ( band theory )

1.        แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model )

                                                                                                                                         

                จากรูปแสดงลักษณะของพันธะโลหะ ทรงกลมสีเทาคือ ไอออนบวกของโลหะ ทรงกลมสีแดงที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลานี้ คือ อิเล็กตรอน เรามักเรียกแบบจำลองของการเกิดพันธะโลหะนี้ว่า   ทะเลอิเล็ก    ตรอน      เนื่องจากในผลึกของโลหะมีจำนวนอิเล็กตรอนมหาศาลที่ไหลไปมาได้อย่างอิสระตลอดเวลา
           ซึ่งอิเล็กตรอนเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายซีเมนต์ ที่ช่วยยึดไอออนจึงทำให้อิเล็กตรอนในโลหะถึงเคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา โลหะที่มีประจุบวกให้อยู่ในตำแหน่งที่คงที่ การที่อิเล็กตรอนสามารถไหลไปมาในโลหะได้นี้ ทำให้โลหะมีคุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี (เมื่อมีสนามไฟฟ้ากระทำอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก) และการที่อิเล็กตรอนทำหน้าที่คล้ายซีเมนต์นี้ (cement effect) ทำให้โลหะแข็ง ผิวหน้าของโลหะเป็นมันวาวเนื่องจากโลหะสามารถดูดกลืน และคายพลังงานได้ในช่วงความยาวคลื่นที่ต่อเนื่องกัน ทั้งนี้เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ไม่ประจำที่และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระจึงสามารถมีพลังงานเท่าไหร่ก็ได้

ทฤษฎีแถบพลังงาน (band theory)
          เมื่อออร์บิทัลอะตอมสองออร์บิทัลมารวมกันจะได้ออร์บิทัลโมเลกุลสองชนิดคือ ออร์บิทัลโมเลกุลแบบมีพันธะ (bonding molecular orbital) และออร์บิทัลโมเลกุลแบบต้านพันธะ (anti-bonding molecular orbital)  ดังเช่นกรณีของ Li₂   (Li : 1s²2s¹)   ซึ่งแสดงออร์บิทัลโมเลกุลที่ระดับ 2s เมื่อมีอะตอมมากขึ้นและจำนวนออร์บิทัลโมเลกุลมากขึ้น ระดับพลังงานจะใกล้ชิดกันมากขึ้นจนดูเหมือนว่าเป็นแถบต่อเนื่องกัน แถบดังกล่าวนี้ เรียกว่า แถบพลังงาน (energy band)   อิเล็กตรอนจะมีพลังงานค่าต่างๆได้ภายในแถบ หรือภายในแถบที่มีการซ้อนเหลื่อมกันเท่านั้น (กรณีที่ระดับพลังงานไม่ห่างกันมากแถบพลังงานสามารถซ้อนเหลื่อมกันได้) แถบพลังงานนี้เรียกว่า แถบอนุญาต (allowed band) สำหรับช่วงที่ว่างที่ไม่มีแถบพลังงานเรียกว่า ช่องต้องห้าม (forbidden gap

เกร็ดความรู้

ทำไมอิเล็กตรอนในโลหะถึงเคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา ?
             มีค่าพลังงานไอออไนเซซันที่ต่ำ ดังนั้นจึงยึดอิเล็กตรอนวงนอกสุดไว้อย่างหลวมๆ ทำให้อิเล็กตรอนเหล่านี้เคลื่อนที่ไปมารอบๆโลหะตลอดเวลาเหมือนกับว่าไม่ได้เป็นอิเล็กตรอนของอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง แต่เป็นเสมือนกับว่าเป็นของอะตอมทุกตัว (มีล้านๆอะตอมในผลึกโลหะ)  

3.  ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ (valence bond theory)
          ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ หรือทฤษฎีเวเลนซ์บอนด์เป็นทฤษฎีที่เกิดก่อนทฤษฎีโมเลคิวลาร์ออร์บิทัล แต่ทฤษฎีนี้ก็สามารถอธิบายรูปร่างของโมเลกุลได้ดีโดยไม่ต้องทำการคำนวณ สมมติฐานของทฤษฎีนี้มีอยู่ว่า

      1. เมื่ออะตอมเข้าใกล้กัน อะตอมมิกซ์ออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวจะซ้อนกัน (overlab) และอิเล็กตรอนเดี่ยวเข้าคู่กันและหมุนสวนทางกัน ในออร์บิทัลใหม่จึงเกิดเป็นพันธะโคเวเลนซ์

      2. อะตอมมิกซ์ออร์บิทัลยิ่งซ้อนกันมากเท่าไรพันธะที่ได้ก็ยิ่งมีความเสถียรมากเท่านั้น

      3. การที่จะเกิดการซ้อนกันได้มากๆ อะตอมมิกซ์ออร์บิทัลจะรวมกันเป็นอะตอมมิกซ์ออร์บิทัลลูกผสม(hybrid atomic orbital) ที่มีจำนวนเท่ากับอะตอมมิกซ์ออร์บิทัลเดิมก่อน

      4. เมื่ออะตอมหนึ่งเกิดพันธะมากกว่าหนึ่งพันธะ มุมระหว่างพันธะจะเท่ากับมุมของออร์บิทัลที่ใช้เข้ารวมกันนั้น

การเกิด H₂ โมเลกุล 1s-ออร์บิทัล ของทั้งสองอะตอมซ้อนกัน อิเล็กตรอนจากทั้งสองอะตอมจับคู่อยู่รวมกันระหว่างอะตอมทั้งสองเกิดเป็นพันธะ ถ้า He สองอะตอมเข้าใกล้กัน1s-ออร์บิทัล จะซ้อนกัน แต่อิเล็กตรอนจาก He  เป็นอิเล็กตรอนคู่ที่ไม่มีปฏิกิริยาต่อกัน จึงไม่มีโมเลกุลของ He ที่เป็นสองอะตอม  Li เกิดเป็น Li₂  ได้  2s-อิเล็กตรอนจับคู่กันเมื่อออร์บิทัลซ้อนกัน ส่วน Be ไม่เกิดเป็น Be₂ โมเลกุล ด้วยเหตุผลเดียวกับ He แต่นักเคมีพบว่า Be เกิดสารประกอบโคเวเลนซ์กับธาตุอื่นโดยมี สองพันธะที่เหมือนกันทุกประการและโมเลกุลเป็นเส้นตรง เช่น BeCl₂  จะเกิดพันธะได้ ถ้ามีอิเล็กตรอนเดี่ยว 2 ตัว แต่อิเล็กตรอนคอนฟิกิวเรชันของ Be เป็น 1s² 2s²  ดังนั้น Be จะมีอิเล็กตรอนเดี่ยวได้  2s-อิเล็กตรอน ตัวหนึ่งต้องย้ายไปอยู่ที่ 2p เป็น 1s² 2s¹  2p¹  ซึ่งถ้าเป็นดังนี้แล้วพันธะทั้งสองของ  BeCl₂ จะต้องแตกต่างกัน หรือถ้ามีการจัดอิเล็กตรอนใหม่เป็น 1s² 2s⁰ 2p_x¹ 2p_y¹  พันธะ  BeCl₂ เหมือนกัน แต่มุมที่เกิดจากพันธะทั้งสองจะเป็น 90^๐ ไม่ใช่ 180^๐

ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์เป็นทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเกิดพันธะด้วยการซ้อนเหลื่อมกันของออร์บิทัลอะตอม โดยทั่วไปแล้วถ้าอิเล็กตรอนมีสปินเหมือนกันเมื่อเข้าใกล้กันจะมีการผลักกันเกิดขึ้นทำให้พลังงานเพิ่มขึ้น ถ้าอิเล็กตรอนมีสปินตรงกันข้าม เมื่อเข้าใกล้กันจะมีการดึงดูดกันเกิดขึ้น ทำให้พลังงานลดลง

ในกรณีของอะตอมสองอะตอมที่อิเล็กตรอนมีสปินตรงกันข้ามจะเห็นว่า อะตอมสามารถซ้อนเหลื่อมกันได้ในระดับหนึ่งเท่านั้น ถ้ามีการซ้อนเหลื่อมกันมากกว่านี้ พลังงานของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้โมเลกุลที่เกิดขึ้นไม่เสถียร ro คือตำแหน่งที่อะตอมทั้งสองเกิดการซ้อนเหลื่อมกัน แล้วทำให้โมเลกุลที่ได้มีพลังงานต่ำสุด การซ้อนเหลื่อมของออร์บิทัลจะสอดคล้องกับความแข็งแรงของพันธะ คือ ถ้ามีอิเล็กตรอนหนาแน่นมากในตำแหน่งที่ซ้อนเหลื่อม(ระหว่างนิวเคลียสของสองอะตอม) พันธะที่เกิดขึ้นก็จะมีความแข็งแรง           ข้อดี   ของทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ คือ ใช้อธิบายการเกิดพันธะเมื่อทราบรูปร่างโมเลกุล และยังสามารถอธิบายได้ว่าทำไมพันธะเดี่ยวมีความยาวพันธะมากกว่าพันธะคู่ และพันธะคู่มีความยาวพันธะมากกว่าพันธะสาม รวมถึงอธิบายลำดับความแข็งแรงของพันธะได้อีกด้วย                        ลำดับความแข็งแรงของพันธะ      พันธะสาม > พันธะคู่ > พันธะเดี่ยว                        ความยาวพันธะ                             พันธะสาม < พันธะคู่ < พันธะเดี่ยว

พันธะเดี่ยว   เกิดจาก พันธะซิกมา 1 พันธะ    พันธะคู่  เกิดจาก พันธะซิกมา 1 พันธะ และ พันธะไพ 1 พันธะ    พันธะสาม  เกิดจาก พันธะซิกมา 1 พันธะ และ พันธะไพ 2 พันธะ  จะเห็นว่าพันธะคู่และพันธะสามมีการสร้างพันธะทั้งพันธะซิกมาและไพ จึงแข็งแรงกว่าพันธะเดี่ยว   อย่างไรก็ตามพันธะสามมีการสร้างพันธะซิกมาเท่ากับพันธะคู่แต่พันธะสามมีพันธะไพมากกว่าดังนั้นจึงแข็งแรงกว่า           ในแง่ของความยาวพันธะ จะเห็นว่าพันธะคู่และพันธะสามสั้นกว่าพันธะเดี่ยวเนื่องจากมีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้าง เพื่อให้เกิดพันธะไพ ดังนั้นอะตอมจึงต้องอยู่ชิดกัน เพื่อให้สามารถซ้อนเหลื่อมกันได้ตามแนวข้าง ในขณะที่พันธะเดี่ยวไม่มีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้าง อย่างไรก็ดีพันธะสามสั้นกว่าพันธะคู่เนื่องจากมีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้างถึงสองแกน ในขณะที่พันธะคู่มีการซ้อนเหลื่อมตามแนวข้างเพียงแกนเดียว เช่น       F2 (1s22s22p5)  แผนผังแสดงอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในการสร้างพันธะเป็นดังนี้

รูปการซ้อนเหลื่อมของ 2pzออร์บิทัลแสดงได้ดังนี้

ไฮบริไดเซซัน (hybridization)
           ไฮบริไดเซซัน คือ ปรากฎการณ์ที่ออร์บิทัลในอะตอมเดียวกัน ที่มีระดับพลังงานใกล้เคียงกันเกิดการรวมกันเกิดเป็นไฮบริดออร์บิทัล (hybrid orbital) ซึ่งแต่ละไฮบริดออร์บิทัลจะครอบครองพื้นที่เท่ากัน และอยู่ห่างกันมากที่สุดเพื่อทำให้พลังงานรวมของออร์บิทัลมีพลังงานน้อยที่สุด ผลที่เกิดขึ้นก็คือ เกิดไฮบริดออร์บิทัลมีรูปร่างต่างๆกันไป และพลังงานรวมของไฮบริดออร์บิทัลน้อยกว่าผลรวมพลังงานทั้งหมด ของออร์บิทัลอะตอมก่อนการเกิด
ไฮบริไดเซซัน

ประเภทของไฮบริดออร์บิทัล 
         1. sp-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s และ p ออร์บิทัลอย่างละหนึ่งออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นเส้นตรง

เช่น   C₂H₂

C2H2      ; จะเห็นว่าเกิดไฮบริไดเซซันระหว่าง 2s สองออร์บิทัลกับ p ออร์บิทัลหนึ่งออร์บิทัลได้เป็น sp- ไฮบริดออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนเดี่ยวสองตัว ตัวหนึ่งเกิด พันธะซิกมากับ H และอีกตัวเกิด พันธะซิกมากับ คาร์บอนอีกตัว ส่วน p-ออร์บิทัลเกิดพันธะไพกับคาร์บอนอะตอมอีกตัวได้เป็นโมเลกุลเส้นตรง

          2. sp ²-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s 1 ออร์บิทัลและ p 2 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นสามเหลี่ยมแบนราบ  เช่น

C2H4      ; จะเห็นว่าเกิดไฮบริไดเซซันระหว่าง 2s กับ p สองออร์บิทัลได้เป็น sp2- ไฮบริดออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนเดี่ยวสามตัว โดยสองตัวเกิด พันธะซิกมากับ H และอีกตัวเกิด พันธะซิกมากับ คาร์บอนอีกตัว ส่วน p-ออร์บิทัลเกิดพันธะไพกับคาร์บอนอะตอมอีกตัวได้เป็นโมเลกุลดังรูป
3.sp3-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s 1ออร์บิทัลและ p 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นรูปทรงสี่หน้า
เช่น CH4
2s กับ 2p ในอะตอมของ C เกิด การไฮบริไดเซซันได้ sp3-ไฮบริดออร์บิทัล ที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวสี่ตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ H ทั้งสี่อะตอมได้เป็นโมเลกุล

4. sp³d-ไฮบริดออร์บิทัล  เกิดจากการรวมกันระหว่าง s ออร์บิทัล1 ออร์บิทัล, d ออร์บิทัล1ออร์บิทัลและ p ออร์บิทัล 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นรูปคู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม (trigonal bipyramid)

เช่น PCl5

3s, 3p และ 3d ในอะตอมของ pเกิด การไฮบริไดเซซันได้ sp3d- ไฮบริดออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนเดี่ยวห้าตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ Cl ทั้งห้าอะตอมได้เป็นโมเลกุล

           5. sp³d²-ไฮบริดออร์บิทัล เกิดจากการรวมกันระหว่าง s ออร์บิทัล 1 ออร์บิทัล, d ออร์บิทัล 2 ออร์บิทัลและ p ออร์บิทัล 3 ออร์บิทัลได้ไฮบริดออร์บิทัลเป็นรูปทรงแปดหน้า (octahedron)

เช่น SF6

3s, 3p และ 3d ในอะตอมของ S เกิด การไฮบริไดเซซันได้ sp3d2- ไฮบริดออร์บิทัล ที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยวหกตัว ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะกับ F ทั้งหกอะตอมได้เป็นโมเลกุล

ทฤษฎีการผลักคู่อิเล็กตรอนในวงเวเลนซ์ (valence shell electron pair repulsion theory ; VSEPR)             VSEPR ช่วยเสริมทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ ซึ่งใช้ทำนายรูปร่างโมเลกุลโคเวเลนต์ในกรณีที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้สร้างพันธะ) เหลืออยู่ในโมเลกุล สามารถเขียนสูตรได้เป็น AXmEn                    เมื่อ         A  เป็นอะตอมกลาง                                   X  เป็นอะตอมหรือหมู่อะตอมที่ยึดอยู่กับ A โดยใช้พันธะโคเวเลนต์                                   E  เป็นสัญลักษณ์แทน คู่อิเล็กตรอนที่ไม่ใช้สร้างพันธะ                                   m  เป็นจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ใช้สร้างพันธะ                                   n  เป็นจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ใช้สร้างพันธะหรือ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว               รูปร่างโมเลกุลที่เกิดจากการผลักของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว    ทฤษฎีนี้ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อที่จะพยายามอธิบายรูปร่างของโมเลกุลซึ่งทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์มาแล้วจริงๆ โดยอาศัยเทคนิคทาง electron- diffraction                          รูปร่างโมเลกุลและไอออนที่ไม่มีและมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวได้ดังตาราง

สรุปรูปร่างโมเลกุลและไอออนที่ไม่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว สูตร จำนวนพันธะ รูปร่างของโมเลกุล ตัวอย่าง AX2 2 เส้นตรง  (linear) HgCl2, BeCl2 AX3 3 สามเหลี่ยมแบนราบ  (trigonal planar) BCl3, BF3, GaI3 AX4 4 ทรงสี่หน้า  (tetrahedral) CH4, CHCl3, SnCl4 AX5 5 คู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม  (trigonal bipyramidal) PCl5, PF5, PF3Cl2 AX6 6 ทรงแปดหน้า  (octahedral) SF6

สรุปรูปร่างโมเลกุลและไอออนที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวได้ดังตาราง สูตร จำนวนคู่ อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว รูปทรงที่ได้จากไฮบริดออร์บิทัล รูปร่างของโมเลกุล ตัวอย่าง AX2E 1 สามเหลี่ยม รูป V SnCl2, SO2 AX3E 1 ทรงสี่หน้า พีระมิดฐานสามเหลี่ยม NH3, PCl3 AX4E 1 คู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม กระดานหก SF4, TeCl4 AX5E 1 ทรงแปดหน้า พีระมิดฐานจตุรัส BrF3, IF5 AX2E2 2 ทรงสี่หน้า รูป V H2O, SCl2 AX3E2 2 คู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม รูป T BrF3, ClF3 AX4E2 2 ทรงแปดหน้า จัตุรัสระนาบ XeF4, ICl4- AX2E3 3 คู่พีระมิดร่วมฐานสามเหลี่ยม เส้นตรง I3-, XeF2