Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.11: Молекулярні форми - теорія VSEPR

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20489

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

    Мета навчання
    • Визначте форму простих молекул і багатоатомних іонів.

    Молекули мають форми. Існує велика кількість експериментальних доказів цього ефекту - від їх фізичних властивостей до їх хімічної реакційної активності. Малі молекули - молекули з одним центральним атомом - мають форми, які можна легко передбачити. Основна ідея в молекулярних формах називається відштовхуванням валентної оболонки електронної пари (VSEPR). Це в основному говорить про те, що електронні пари, будучи складеної з негативно заряджених частинок, відштовхуються один від одного, щоб отримати якомога далі один від одного. VSEPR робить різницю між геометрією електронної групи, яка виражає, як розташовані електронні групи (зв'язки та незв'язні електронні пари), та молекулярною геометрією, яка виражає, як розташовані атоми в молекулі. Однак дві геометрії пов'язані між собою.

    Існує два типи електронних груп: будь-який тип зв'язку - одинарний, подвійний або потрійний - і одинокі електронні пари. При застосуванні VSEPR до простих молекул перше, що потрібно зробити, це підрахувати кількість електронних груп навколо центрального атома. Пам'ятайте, що множинний зв'язок вважається лише однією групою електронів.

    Будь-яка молекула, що має лише два атоми, є лінійною. Молекула, центральний атом якої містить лише дві електронні групи, орієнтує ці дві групи якомога далі один від одного - на 180° один від одного. Коли дві електронні групи знаходяться на відстані 180° один від одного, атоми, прикріплені до цих електронних груп, також знаходяться на відстані 180° один від одного, тому загальна молекулярна форма є лінійною. Приклади включають BeH 2 і CO 2:

    Малюнок\(\PageIndex{1}\) берилію гідриду і вуглекислого газу зв'язування.

    Дві молекули, показані на малюнку нижче в моделі «м'яч і паличка».

    Малюнок моделі гідриду\(\PageIndex{2}\) берилію та вуглекислого газу.

    Молекула з трьома електронними групами орієнтує три групи якомога далі один від одного. Вони приймають положення рівностороннього трикутника—120° один від одного і в площині. Форма таких молекул тригональна плоска. Прикладом може служити БФ 3:

    Структура Льюїса трифториду бору3D модель трифториду бору
    Малюнок скріплення трифториду\(\PageIndex{3}\) бору.

    Деякі речовини мають тригональний планарний розподіл електронної групи, але мають атоми, пов'язані лише з двома з трьох електронних груп. Прикладом може служити ФГОС 2:

    Льюїс структура дифториду германію
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): З'єднання дифториду германію.

    З точки зору геометрії електронної групи GeF 2 має тригональну плоску форму, але її реальна форма продиктована положеннями атомів. Таку форму називають зігнутою або незграбною.

    Молекула з чотирма електронними групами навколо центрального атома орієнтує чотири групи у напрямку тетраедра, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\) Тетраедрична геометрія. Якщо до цих електронним групам приєднані чотири атоми, то молекулярна форма теж тетраедрична. Метан (СН 4) - приклад.

    3D модель чотиригранної структури метану
    Малюнок\(\PageIndex{5}\) Тетраедрична будова метану.

    Ця діаграма СН 4 ілюструє стандартну умовність відображення тривимірної молекули на двовимірній поверхні. Прямі лінії знаходяться в площині сторінки, суцільна клинова лінія виходить з площини до читача, а пунктирна клинова лінія виходить з площини далеко від читача.

    Малюнок\(\PageIndex{6}\) Метан склеювання.

    NH 3 є прикладом молекули, центральний атом якої має чотири електронні групи, але лише три з них пов'язані з оточуючими атомами.

    Малюнок\(\PageIndex{7}\) аміачного зв'язку.

    Хоча електронні групи орієнтовані у формі тетраедра, з точки зору молекулярної геометрії форма NH 3 тригональна пірамідальна.

    H 2 O є прикладом молекули, центральний атом якої має чотири електронні групи, але лише дві з них пов'язані з оточуючими атомами.

    Малюнок склеювання\(\PageIndex{8}\) води.

    Хоча електронні групи орієнтовані у формі тетраедра, форма молекули вигнута або кутова. Молекула з чотирма електронними групами близько центрального атома, але лише одна електронна група, пов'язана з іншим атомом, є лінійною, оскільки в молекулі всього два атоми.

    Подвійні або потрійні зв'язки зараховують як одну електронну групу. Електронна точкова діаграма Льюїса формальдегіду (CH 2 O) показана на малюнку\(\PageIndex{9}\).

    Малюнок\(\PageIndex{9}\) Льюїса електронна точка діаграми формальдегіду

    Центральний атом С має три електронні групи навколо нього, оскільки подвійний зв'язок вважається однією групою електронів. Три електронні групи відштовхуються один від одного, щоб прийняти тригональну площинну форму.

    Малюнок\(\PageIndex{10}\): Формальдегідне склеювання.

    (Одинокі електронні пари на атомі O опущені для наочності.) Молекула не буде ідеальним рівностороннім трикутником, оскільки подвійний зв'язок С—О відрізняється від двох зв'язків С—Н, але як плоска, так і трикутна описують відповідну приблизну форму цієї молекули. Малюнок\(\PageIndex{11}\) ілюструє кілька зображень молекул води, аміаку та метану.

    \(\PageIndex{11}\)Рисунок Тривимірні структури, кулі та палиці моделі, а також моделі заповнення простору водою, аміаком та метаном. (а) Вода - це V-подібна молекула, в якій всі три атома лежать в площині. (b) На відміну від цього, аміак має пірамідальну структуру, в якій три атоми водню утворюють основу піраміди, а атом азоту знаходиться у вершині. (c) Чотири атоми водню метану утворюють тетраедр; атом вуглецю лежить в центрі.
    Таблиця\(\PageIndex{1}\) узагальнює форми молекул на основі їх кількості електронних груп і оточуючих атомів, а загальні форми наведені на рисунку f\(\PageIndex{1}\). Таблиця\(\PageIndex{1}\): Короткий опис молекулярних форм
    Кількість електронних груп на центральному атомі Кількість груп склеювання Кількість самотніх пар Електронна геометрія Молекулярна форма
    2 2 0 лінійний лінійний
    3 3 0 тригональний площинний тригональний площинний
    3 2 1 тригональний площинний зігнутий
    4 4 0 чотиригранний чотиригранний
    4 3 1 чотиригранний трикутна пірамідальна
    4 2 2 чотиригранний зігнутий

    Малюнок\(\PageIndex{12}\): Загальні структури для молекул і Pполіатомних іонів, які складаються з центрального атома, пов'язаного з двома або трьома іншими атомами.

    Приклад\(\PageIndex{1}\):

    Яка приблизна форма кожної молекули?

    1. пКл 3
    2. НЕ
    Рішення

    Насамперед потрібно намалювати структуру молекули Льюїса.

    1. Для pCl 3 електронна точка діаграма виглядає наступним чином:
      Малюнок 20.png

    Самотні електронні пари на атомах Cl опущені для наочності. Атом Р має чотири електронні групи, три з яких пов'язані з оточуючими атомами, тому молекулярна форма тригональна пірамідна.

  • Електронна точкова діаграма для NOF виглядає наступним чином:
    Малюнок 21.png

    Атом N має на ньому три електронні групи, дві з яких пов'язані з іншими атомами. Молекулярна форма вигнута.

    • Вправа\(\PageIndex{1}\)

    Яка приблизна молекулярна форма CH 2 Cl 2?

    Відповідь

    Тетраедричний

    Вправа\(\PageIndex{2}\)

    Етилен (C 2 H 4) має два центральних атома. Визначте геометрію навколо кожного центрального атома і форму загальної молекули. Підказка, водень є кінцевим атомом.

    Відповідь

    Тригональний планарний близько обох центральних атомів С

    Резюме

    Приблизну форму молекули можна передбачити за кількістю електронних груп і кількості оточуючих атомів.

    Автори та авторства