三次元平面と三次元円錐の比較

三角形の平面と三角形のピラミッドは、空間における原子の3次元的な配置を表す幾何学的な構造であり、この2つの幾何学的な構造を用いて、原子の3次元的な配置を表現している。他にもジオメトリの種類はあります。線形、曲線、四面体、八面体などが一般的な幾何学形状である。原子をこのように配置するのは、結合-結合反発、結合-ローンペア反発、ローンペア反発を最小にするためである。同じ原子番号と電子対を持つ分子は、同じ形状をとる傾向がある。VSEPR理論とは、価電子対の数から分子の形状を予測するモデルです。分子の幾何学的な構造は、様々な分光法や回折法によって実験的に観察することができる。

三角形平面

三角形の平面形状は、4つの原子を含む分子で表現される。中心原子があり、その中心原子に他の3つの原子（周辺原子）が三角形の角でくっついている。中心原子には孤立した対が存在しないため、中心原子周辺の基の結合反発のみを考慮して形状を決定する。すべての原子が一平面上にあるため、このような形状を「平面的」と呼ぶ。理想的な三角形の平面形状を持つ分子は、外側の原子の間の角度が120度である。このような分子は、周辺原子が同じ種類である。三フッ化ホウ素（BF3）は、このような形状を持つ理想的な分子の一例である。さらに、周辺原子の種類が異なる分子も存在する。このような分子では、原子の種類によって、角度が理想と少し異なることがある。また、炭酸塩や硫酸塩は、このような形状を示す無機アニオンである。c(NH2)3+は、中心炭素原子に3つのNH2基が結合した化合物で、周辺にある原子の他に、中心原子を配位子などの複合基で三角形の平面状に囲んでいる場合がある。

三角錐

また、三角錐の形状は、分子が4つの原子または配位子を持つことで表現される。中心原子を頂点とし、他の3つの原子または配位子を底辺として、三角形の3つの角の位置にある。中心原子には単独電子のペアが存在する。これは、三角形の平面形状を四面体の形状として視覚化することで容易に理解することができる。この場合、3つの結合と単独対はすべて四面体形状の4つの軸上にある。したがって、ローンペアの位置を無視すると、残りの結合は三角錐の幾何学的形状を形成する。ローンペアの反発が結合間反発より大きいので、結合している3つの原子とローンペアはできるだけ離れていることになる。原子間の角度は、正四面体の角度（109o）よりも小さくなる。典型的な三角柱の角度は約107oである。アンモニア、塩素酸イオン、亜硫酸イオンなどがこの形状を示す例である。