Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.1.4: Льюїс не може передбачити незвичайні випадки - бор і берилій

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    33291

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

    Два помітних випадки, коли теорія Льюїса не може передбачити структуру, - це випадки берилію (\(\ce{Be}\)) та бору (\(\ce{B}\)). Ці два атоми знаходяться в періоді 2 (\(n=2\)) періодичної таблиці і їх атоми мають валентні електронні конфігурації\(2s^2\) і\(2s^22p^1\), відповідно.

    Берилій

    Електронні точкові структури Льюїса показані нижче для\(\ce{BeX2}\), де\(\ce{X}\) знаходиться один з галогенів,\(\ce{F}\) або\(\ce{Cl}\).

    BeX2.png

    Кожна з наведених вище структур передбачила б лінійну геометрію\(\ce{BeX2}\) молекули. Разом три резонансні структури припускають частковий характер подвійного зв'язку в зв'язку Be-X, що призводить до проміжної довжини зв'язку між одинарним і подвійним зв'язком.

    Є проблеми з кожною з цих резонансних структур. Структура зліва передбачала б лише чотири електрони навколо\(\ce{Be}\); таким чином, атом не виконує правило октету. Структура зліва передбачає множинні зв'язки для галогену (\(\ce{X}\)) і високу розділення заряду з формальним зарядом на кожному атомі. Структура посередині - це суміш цих проблем. Жодна з цих ситуацій не є ідеальною відповідно до теорії Льюїса. Крім того, експериментальні дані не узгоджуються ні з однією з цих структур, ні їх резонансним гібридом (крім випадків\(\ce{BeCl2}\) при дуже високих температурах).

    Виявляється, мономер\(\ce{BeX2}\) дійсно існує, але тільки при дуже високих температурах і низьких тисках. Навіть в екстремальних умовах мономер не особливо стабільний через дефіцит електронів навколо\(\ce{Be}\).

    БеФ 2

    При температурі навколишнього середовища та тиску BeF 2 є твердим тілом, схожим на кварц (рис.\(\PageIndex{1}\)) Be - чотирикоординатна з чотиригранною геометрією; кожен F є двокоординатним, а довжина зв'язку Be-F становить 1,54 Å. Така структура можлива завдяки розширеній тривимірній мережі в твердому тілі, де сусідні одиниці BeF 2 пов'язані між собою, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\).

    800px-Beryllium_fluoride.jpg
    800px-BeF2str.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): (зліва) Самородок фториду берилію, отриманий з Materion. Чорні плями - вуглецеві (CC BY-SA 3.0; Bckelleher через Вікіпедію). (праворуч) структура BeF2 (CC BY-SA 3.0 Unported; Матеріаліст через Вікіпедію)

    У рідкій фазі\(\ce{BeF2}\) має коливальну чотиригранну структуру, де обмінюються іони Be і F. Парова фаза досягається при температурах вище 1000 °C (при ~ 1 атм). У паровій фазі\(\ce{BeF2}\) існує як мономер з лінійною геометрією та довжиною зв'язку 1,43 Å, узгоджується з подвійним зв'язком між\(\ce{Be}\) і\(\ce{F}\).

    clipboard_e03a8b518756458ba43cdce8b76147351.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Геометрія\(\ce{BeF2}\). (CC BY; Ібон Алькорта та Ентоні Легое через неорганіку)

    БеКл 2

    При температурі навколишнього середовища і тиску,\(\ce{BeCl2}\) являє собою тверду речовину. Як і в\(\ce{BeF2}\) описаному вище,\(\ce{BeCl2}\) має чотирикоординатний, чотиригранний Be і двокоординатний Cl. На відміну від BeF 2, твердий BeCl 2 - це 1-мірний полімер, що складається з чотиригранних розділених країв.

    У газовій фазі BeCl 2 існує як димер з двома атомами хлору, що з'єднують два атоми Be. У димері атоми Be є 3-координатними. Мостові атоми Cl є двокоординатними, тоді як кінцеві атоми Cl є однокоординатними. При більш високих температурах в паровій фазі лінійний мономер також існує.

    Бор (1\(2s^22p^1\))

    Прогнозування на основі структур Льюїса:

    Структури Льюїса\(\ce{BH3}\) і\(\ce{BF3}\) були описані у Вправі 3.1.2, і знову намальовані нижче для зручності.

    Знімок екрана 2019-07-29 в 11.33.32 AM.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Льюїс структури\(\ce{BH3}\) і\(\ce{BF3}\)

    Тригалогеніди бору

    Тригалогеніди бору, як, мають властивості\(\ce{BF3}\), які значною мірою передбачені структурами Льюїса та теорією VSEPR. Структура Льюїса для\(\ce{BF3}\) включає кілька резонансних структур. Структура з лише одиночними зв'язками є найпоширенішим представленням для цієї молекули, оскільки поділ заряду, показаний в інших структурах, вважається несприятливим. Високо поляризований B-F зв'язок має дипольний момент, який лежить навпроти зазначених формальних зарядів, показаних у резонансних структурах з подвійними зв'язками між бором і фтором.

    Резонансний гібрид\(\ce{BF3}\) прогнозує частковий характер подвійного зв'язку між бором і фтором, таким чином, довжина зв'язку коротша за один зв'язок. Використовуючи структури Льюїса та теорію VSEPR, ми передбачили б тригональну планарну геометрію навколо бору. Фактично, фактична структура\(\ce{BF3}\) є мономером з тригональною плоскою геометрією і з довжиною зв'язку, яка коротша за один зв'язок. Справа схожа на структури інших тригалогенідів бору, а також.

    Тригалогеніди бору мають дефіцит електронів у центрі бору і легко реагують з основами Льюїса. Іншими словами, це сильні кислоти Льюїса (електрофіли).

    Тригідрид бору (BH 3 дійсно B 2 H 6)

    Властивості тригідриду бору (\(\ce{BH3}\)) не передбачаються простими прогнозами, зробленими через структури Льюїса та ВСПР. Мономер, ВН 3, не стабільний, але при розчиненні в присутності основи Льюїса ВН 3 може утворювати стійкий кислотно-лужний аддукт. У чистому вигляді сполука насправді існує як димерний газ з молекулярною одиницею B 2 H 6 (спробуйте намалювати для цього дійсну структуру Льюїса!). Його несподівана структура включає два Н, які з'єднують два атоми бору в 3-центрово-2-електронні зв'язки. Детальніше про B 2 H 6 ви можете прочитати на сторінці Вікіпедії для Diborane (6). Унікальне з'єднання, яке спостерігається для бору, описано докладніше в главі 8 та главі 15.