Domača stran
Kemija
Koncept, tipi in primeri molekularne geometrije

Kemija

Koncept, tipi in primeri molekularne geometrije

631
65
Raymond Moen

The Molekularna geometrija tudi molekularna struktura Gre za prostorsko porazdelitev atomov okoli osrednjega atoma. Atomi predstavljajo območja, kjer obstaja visoka elektronska gostota, zato veljajo za elektronske skupine, ne glede na povezave, ki se oblikujejo (preproste, dvojne ali trojne).

Molekularna geometrija elementa lahko označi nekatere njegove fizikalne ali kemijske lastnosti (vrelišče, viskoznost, gostota itd.). Na primer, molekularna struktura vode določa njegovo topnost.

Vir: Gabriel Bolívar

Ta koncept je rojen iz kombiniranih in eksperimentalnih podatkov dveh teorij: povezave Valencije (TEV) in odbojnosti elektronskih parov plasti Valencije (RPECV). Medtem ko prvi definira povezave in njihove kote, druga vzpostavi geometrijo in posledično molekularno strukturo.

Katere geometrijske oblike lahko sprejmejo molekule? Dve prejšnji teoriji prispevata odgovore. Po mnenju RPECV morajo biti atomi in pari prostih elektronov razporejeni v vesolju tako, da se elektrostatična odbojnost med njimi zmanjša na največ.

Torej, geometrijske oblike niso samovoljne, ampak poiščite najbolj stabilen dizajn. Na primer, na zgornji sliki lahko na levi strani vidimo trikotnik in na desni oktahedron. Zelene točke predstavljajo atome in oranžne črte povezave.

V trikotniku so tri zelene točke usmerjene v ločitev 120 °. Ta kot, ki je enak kot pri povezavi, omogoča, da se atomi čim bolj odbijajo. Zato bo molekula z osrednjim atomom, pritrjenim na tri druge, sprejela ravno trigonalno geometrijo.

Vendar RPECV napoveduje, da bo par prostih elektronov v osrednjem atomu izkrivljal geometrijo. V primeru trigonalne ravnine bo ta navor potisnil tri zelene točke, kar bo povzročilo trigonalno geometrijo piramide.

Enako se lahko zgodi tudi z oktaedrom slike. V njem so vsi atomi ločeni na najbolj stabilen način.

[TOC]

Kako vnaprej vedeti molekularno geometrijo atoma x?

Za to je treba tudi proste elektrone obravnavati kot elektronske skupine. Ti bodo skupaj z atomi opredelili tisto, kar je znano kot Elektronska geometrija, ki je neločljivo spremljevalec molekularne geometrije.

Iz elektronske geometrije in odkrivanja parov prostih elektronov po strukturi Lewisa je mogoče ugotoviti, kakšna bo molekularna geometrija. Vsota vseh molekulskih geometrij bo zagotovila skico globalne strukture.

Vrste molekularne geometrije

Kot je razvidno iz glavne slike, je molekularna geometrija odvisna od tega, koliko atomov obdaja osrednji atom. Če pa je nekaj elektronov prisotnih brez skupne rabe, bo to spremenilo geometrijo, ker zaseda veliko glasnosti. Zato ima sterični učinek.

V skladu s tem lahko geometrija predstavlja vrsto značilnih oblik za številne molekule. In tu nastanejo različne vrste molekularne geometrije ali molekularne strukture.

Kdaj je geometrija enaka strukturi? Oba označujeta isto le v primerih, ko struktura nima več kot ene vrste geometrije; V nasprotnem primeru je treba upoštevati vse prisotne vrste in strukturi dati globalno ime (linearno, razvejano, kroglično, ravna itd.).

Vam lahko služi: Hydrace

Geometrije so še posebej koristne za razlago strukture trdne snovi iz njegovih strukturnih enot.

Linearno

Vse kovalentne vezi so usmerjene, zato je povezava A-B linearna. Toda bo molekula ab linearna₂? Če je tako, je geometrija preprosto predstavljena kot: B-A-B. Oba atoma B sta ločena s kotom 180 °, po TEV pa mora imeti hibridne sp orbitale.

Kotno

Vir: Gabriel Bolívar

Najprej je mogoče domnevati linearno geometrijo za molekulo AB₂; Vendar je bistvenega pomena, da potegnete Lewisovo strukturo, preden dosežete zaključek. Narisano strukturo Lewis lahko prepoznate število občasnih elektronskih parov (:) na atomu a.

Ko je tako, na parih elektronov dva atoma B navzdol, spreminjata svoje kote. Kot rezultat, linearna molekula B-A-B postane V, boomerang ali kotna geometrija (vrhunska slika)

Molekula vode, H-O-H, je idealen primer za to vrsto geometrije. V atomu kisika sta dva para elektronov, ne da bi se delili, ki sta usmerjena pod približno kotom 109 °.

Zakaj ta kot? Ker je elektronska geometrija tetraedra, ki ima štiri točke: dva za H atome in dva za elektrone. Na vrhunski sliki opazite, da zelene točke in dva "režnja z očmi" narišeta tetraeder z modrikasto točko v njenem središču.

Če ali nima prostih elektronov, bi voda tvorila linearno molekulo, njegova polarnost bi se zmanjšala in oceani, morja, jezera itd., Verjetno ne bi obstajali, kot se poznajo.

Tetraedra

Vir: Gabriel Bolívar

Zgornja slika predstavlja tetraedrsko geometrijo. Za molekulo vode je njegova elektronska geometrija tetraedrska, vendar z odpravljanjem parov brez elektronov lahko ugotovimo, da se pretvori v kotno geometrijo. To preprosto opazimo tudi z odpravo dveh zelenih točk; Preostala dva bosta narisala V z modro točko.

Kaj pa, če bi namesto dveh parov prostih elektronov obstajali samo eden? Potem bi bila trigonalna ravnina (glavna slika). Vendar pa se z odpravo elektronske skupine stericni učinek, ki ga proizvede par prostih elektronov, ne izogne. Zato izkrivlja trigonalno ravnino na trikotno osnovno piramido:

Vir: Gabriel Bolívar

Čeprav sta molekularna geometrija trigonalna in tetraedrska piramida različna, je elektronska geometrija enaka: tetraedra. Torej trigonalna piramida ne šteje za elektronsko geometrijo?

Odgovor je ne, saj je produkt popačenja, ki ga povzroča "reženj z očmi" in njen sterični učinek, in omenjena geometrija ne upošteva poznejših popačenj.

Zaradi tega je vedno pomembno določiti prvo elektronsko geometrijo s pomočjo struktur Lewis, preden določite molekularno geometrijo. Molekula amoniaka, NH₃, Je primer trigonalne piramide molekulske geometrije, vendar s tetraedrsko elektronsko geometrijo.

Trigonalna bipiramida

Vir: Gabriel Bolívar

Do zdaj, razen linearne geometrije, v tetraedrski, kotni in trigonalni piramidi njihovi osrednji atomi imajo sp hibridizacija sp³, Po TEV. To pomeni, da če bi bili njegovi koti povezave eksperimentalno določeni, bi morali biti približno 109 °.

Lahko vam služi: Applied Kemija: Predmet študija, veje, pomen, primeri

Iz trigonalne difarmidalne geometrije je okoli osrednjega atoma pet elektronskih skupin. Na zgornji sliki lahko vidite s petimi zelenimi točkami; tri v trikotni podlagi in dva v osnih položajih, ki sta zgornji in spodnji točki piramide.

Kakšna hibridizacija ima potem modro točko? Potrebuje pet hibridnih orbital, da tvori preproste (oranžne) vezi. To ga doseže skozi pet orbital sp³D (produkt mešanice orbitala S, tri P in enega D).

Ko razmišljate o petih elektronskih skupinah, je geometrija že izpostavljena, vendar ima elektronske pare brez skupne rabe, spet trpi izkrivljanja, ki ustvarjajo druge geometrije. Prav tako se postavlja naslednje vprašanje: ti pari lahko zasedejo kateri koli položaj piramide? Te so: osna ali ekvatorialna.

Aksialni in ekvatorialni položaji

Zelene točke, ki sestavljajo trikotno osnovo. Kjer bo prednostno par elektronov brez skupne rabe? V tem položaju, ki se zmanjšuje na največjo elektrostatično odbojnost in stericni učinek.

V osnem položaju bi par elektronov na trikotni osnovi naredil "tlak" pravokoten (90 °), medtem ko bi bili, če bi bili v ekvatorialnem položaju tri, kot pri bazi).

Zato si bo osrednji atom prizadeval voditi svoje vrstnike brez elektronov v ekvatorialnih položajih, da bi ustvaril bolj stabilne molekularne geometrije.

Nihanje in oblika t

Vir: Gabriel Bolívar

Če bi enega ali več njegovih atomov brez elektronov zamenjali v trigonalni geometriji bipirramida, bi imeli tudi različne molekularne geometrije.

Na levi strani zgornje slike se geometrija spremeni v nihajno obliko. V njem navor brez elektronov potisne preostale štiri atome v isto smer in upogne njihove povezave na levo. Upoštevajte, da ta navor in dva atoma ležita v isti trikotni ravnini prvotnega bipiramida.

In desno od slike, geometrija v obliki t. Ta molekularna geometrija je posledica zamenjave dveh atomov z dvema parom elektronov, zaradi česar se preostali trije atomi poravnajo v isti ravnini, ki nariše natančno črko t.

Torej, za molekulo tipa AB₅, To sprejme trigonalno geometrijo bipiramid. Vendar, ab₄, Z isto elektronsko geometrijo bo sprejel nihajočo geometrijo; in ab₃, T -senčena geometrija. V vseh bo (na splošno) sp hibridizacijo³d.

Za določitev molekularne geometrije je treba risati strukturo Lewis in zato njeno elektronsko geometrijo. Če je to trigonalna bipiramida, bodo pari brez elektronov zavrženi, ne pa tudi njihovi sterični učinki na ostale atome. Tako ga je mogoče popolnoma razbrati med tremi možnimi molekularnimi geometrijami.

Oktaedra

Desno od glavne slike je zastopana oktaedralna molekularna geometrija. Ta vrsta geometrije ustreza AB spojinam₆. Ab₄ Tvorijo kvadratno podlago, preostala dva B pa v osnih položajih. Tako je oblikovanih več enakostraničnih trikotnikov, ki so obrazi oktaedra.

Vam lahko služi: aktivacijska energija

Tukaj lahko spet (kot v vseh elektronskih geometrijah) pari prostih elektronov in zato iz tega dejstva izhajajo druge molekularne geometrije. Na primer ab₅ Z oktronistično elektronsko geometrijo je sestavljen iz piramide s kvadratno osnovo in AB₄ kvadratne ravnine:

Vir: Gabriel Bolívar

V primeru oktronistične elektronske geometrije sta ti dve molekularni geometriji najbolj stabilni v smislu elektrostatičnega odbijanja. V kvadratni ravni geometriji sta dva para elektronov ločena 180 °.

Kaj je hibridizacija za atom v teh geometrijah (ali strukturah, če je edina)? Spet TEV ugotovi, da je to sp³d², Šest hibridnih orbitalov, ki vam omogočajo usmerjanje elektronskih skupin v točki oktahedra.

Druge molekularne geometrije

Spreminjanje do zdaj omenjenih baz piramid je mogoče dobiti nekaj bolj zapletenih molekulskih geometrij. Na primer, petegonalna bipiramida temelji na pentagonu in spojine, ki oblikujejo, imajo splošno formulo AB₇.

Tako kot druge molekularne geometrije bo tudi nadomeščanje atomov B z elektronskimi pari izkrivljalo geometrijo v druge oblike.

Tudi spojine ab₈ Lahko sprejmejo geometrije, kot je kvadratni antiprizem. Nekatere geometrije se lahko zelo zapletejo, zlasti za AB formule₇ Od zdaj naprej₁₂).

Primeri molekularne geometrije

Spodaj bo omenjena niz spojin za vsako glavno molekulsko geometrijo. Kot vaja bi lahko za vse primere narisali strukture Lewis in potrdili, če se glede na elektronsko geometrijo pridobijo molekularne geometrije, ko so navedene spodaj.

Linearna geometrija

-Etilen, h₂C≡CH₂

-Berlijev klorid, Becl₂ (Cl-be-cl)

-Ogljikov dioksid, co₂ (O = c = o)

-Dušik, n₂ (N≡n)

-Živo srebro Dibromure, HGBR₂ (BR-HG-BR)

-Triyoduro anion, i₃^-(I-i-i)

-Madehidric kislina, hcn (h-n≡C)

Njeni koti morajo biti 180 ° in imajo zato hibridizacijo SP.

Kotna geometrija

-Voda

-Žveplov dioksid, torej₂

-Dušikov dioksid, št₂

-Ozon ali₃

-Amiduro Anion, NH₂^-