9.14: Молекулярні форми - немає самотніх пар на центральних атомах

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19194

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як працює електроскоп?

Електроскоп - це пристрій, що використовується для дослідження заряду. Коли позитивно заряджений предмет (стрижень) наближається до верхнього стовпа, електрони надходять до верхньої частини банки, залишаючи два золотих листа позитивно зарядженими. Листя відштовхують один одного, оскільки обидва тримають позитивні, як заряди. Теорія VSEPR говорить, що електронні пари, також набір подібних зарядів, будуть відштовхувати один одного таким чином, що форма молекули буде регулюватися, так що валентні електронні пари залишаються якомога далі один від одного.

Центральний атом без одиноких пар

Для того щоб легко зрозуміти можливі типи молекул, ми будемо використовувати просту систему ідентифікації частин будь-якої молекули:

A = центральний атом в молекулі
B = атоми, що оточують центральний атом

Індекси після B будуть позначати кількість атомів B, які пов'язані з центральним атомом А. Наприклад, АВ\(_4\) - це молекула з центральним атомом, оточена чотирма ковалентно зв'язаними атомами. Знову ж таки, не має значення, чи є ці облігації одинарними, подвійними або потрійними.

AB\(_2\): Берилій гідрид\(\left( \ce{BeH_2} \right)\)

Гідрид берилію складається з центрального атома берилію з двома одиночними зв'язками з атомами водню. Нагадаємо, що це порушує правило октету.

\[\ce{H-Be-H}\nonumber \]

Відповідно до вимоги, щоб електронні пари максимізували свою відстань одна від одної, дві пари зв'язку в\(\ce{BeH_2}\) молекулах розташовуватимуться прямо протилежними сторонами центрального\(\ce{Be}\) атома. Отримана геометрія являє собою лінійну молекулу, показану на малюнку нижче в моделі «куля і палиця».

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Модель гідриду берилію. (Кредит: Бен Міллс (користувач:Benjah-BMM27/Wikimedia Commons); Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beryllium-hydride-molecule-IR-3D-balls.png(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Кут зв'язку від\(\ce{H-Be-H}\) обумовлений\(180^\text{o}\) його лінійною геометрією.

Вуглекислий газ - ще один приклад молекули, яка підпадає під\(_2\) категорію AB. Його структура Льюїса складається з подвійних зв'язків між центральним вуглецем і атомами кисню (див. Малюнок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Склеювання вуглекислого газу. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Відштовхування між двома групами з чотирьох електронів (дві пари) нічим не відрізняється від відштовхування двох груп двох електронів (однієї пари) в\(\ce{BeH_2}\) молекулі. Вуглекислий газ також лінійний (див. Малюнок нижче).

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Вуглекислий газ. (Кредит: Користувач:Benji9072/Вікісховище; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_dioxide_structure.png(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

AB\(_3\): Трифторид бору\(\left( \ce{BF_3} \right)\)

Трифторид бору складається з центрального атома бору з трьома поодинокими зв'язками з атомами фтору (див. Малюнок нижче). Атом бору також має неповний октет.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Склеювання трифториду бору. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Геометрія\(\ce{BF_3}\) молекули називається тригональної плоскою (малюнок\(\PageIndex{3}\)). Атоми фтору розташовані у вершині рівностороннього трикутника. \(\ce{F-B-F}\)Кут є\(120^\text{o}\) і всі чотири атома лежать в одній площині.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Модель трифториду бору. (Кредит: Користувач:Benji9072/Вікісховище; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boron-trifluoride-3D-balls.png(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

AB\(_4\): Метан\(\left( \ce{CH_4} \right)\)

Метан - органічна сполука, яка є первинним компонентом природного газу. Його структура складається з центрального атома вуглецю з чотирма одиночними зв'язками з атомами водню (див. Малюнок нижче). Для того щоб максимізувати їх відстань один від одного, чотири групи сполучних електронів не лежать в одній площині. Натомість кожен з атомів водню лежить у кутах геометричної форми, яка називається тетраедр. Атом вуглецю знаходиться в центрі тетраедра. Кожна грань тетраедра - це рівносторонній трикутник.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Тетраедрична структура метану. (Кредит: (Ліворуч) Пірсон Скотт Форесман; (праворуч) Бен Міллс (Вікімедіа: Benjah-BMM27); Джерело: (Ліворуч) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tetrahedron_(PSF).png(opens в новому вікні); (праворуч) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Methane - CRC -MW-3D-balls.png (відкривається в новому вікні) window); Ліцензія: суспільне надбання)

Молекулярна геометрія молекули метану чотиригранна (див. Малюнок\(\PageIndex{5}\)). Кути\(\ce{H-C-H}\) зв'язку є\(109.5^\text{o}\), які більше, ніж ті,\(90^\text{o}\) що вони були б, якби молекула була плоскою. При складанні структурної формули такої молекули, як метан, вигідно мати можливість вказати тривимірний характер її форми. Структурна формула нижче називається перспективним кресленням. Пунктирну лінію зв'язок повинен бути візуалізований як відступаючий на сторінку, тоді як суцільний зв'язок трикутника повинен бути візуалізований як вихід зі сторінки.

Малюнок\(\PageIndex{8}\): Метан перспективна модель. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Резюме

Електронні пари відштовхуються один від одного і впливають на кути зв'язку і молекулярну форму.

Рецензія

Які кути зв'язку в вуглекислому газу?
Яка молекула має кути зв'язку 109,5 ^°?
Яка геометрія молекули BF ₃?