1.2: Теорія VSEPR та її корисність
- Page ID
- 17903
Цілі навчання
У цій лекції ви дізнаєтеся наступне
- Визначення ВСПР.
- Концепція гібридизації.
- Прогнозування форм і геометрій молекул.
- Правило Бента та його застосування в розумінні структурних параметрів.
Теорія відштовхування електронної пари валентної оболонки (VSEPR)
Теорія VSEPR є вдосконаленою та розширенням моделі Льюїса, але прогнозує форми багатоатомних молекул. Цю модель вперше запропонували Невіл Сіджвік і Гербет Пауелл в 1940 році, а пізніше покращили Рональд Гіллеспі та Рональд Ніхольм.
Прогнозування молекулярних форм і геометрій було полегшено цією моделлю за допомогою наступних простих кроків.
- Намалюйте структуру Льюїса.
- Підрахуйте загальну кількість зв'язків і одиноких пар навколо центрального атома. (Кожен окремий зв'язок буде включати в себе одну пару електронів).
- Організуйте пари зв'язку та одинокі пари в одній із стандартних геометрій, щоб мінімізувати відштовхування електронів.
- Самотні парні електрони залишаються ближче до ядра, а також вони поширюються на більший простір, ніж пари зв'язків і, отже, великі кути між одинокими парами.
- Відштовхування слідує порядку LP—LP > LP—BP > BP-BP.
- Кілька зв'язків слід розглядати як єдину область склеювання.
Сферичні числа:
Інший термін, званий стеричним числом, часто використовується в теорії VSEPR.
Стеричне число (SN) = Кількість приєднаного атома + Кількість одиничних пар. Оскільки відбиття пари самотній парі є максимальними, найбільш стабільну геометрію можна отримати шляхом максимізації відстані між стеричними числами на центральному атомі.
Молекулярні форми в кінцевому підсумку визначаються двома параметрами: відстань зв'язку, поділ між ядрами двох зв'язаних атомів по прямій лінії і кутом зв'язку, кут між будь-якими двома зв'язками, що містять загальний атом.
При згадці молекулярних форм одиноких пар можна ігнорувати, однак при визначенні геометрії слід враховувати як одинокі пари, так і пари зв'язків.
Наприклад: у молекулі води центральний атом кисню знаходиться в чотиригранному середовищі з двома одинокими парами та двома O—H зв'язками (або двома парами зв'язків). Форма молекули води тому зігнута (дві одинокі пари ігноруються).
Аналогічно, в аміаку атом азоту знаходиться в чотиригранному середовищі з трьома зв'язаними парами (трьома N—H зв'язками) та однією самотньою парою. Форма молекули NH 3 пірамідальна.
Прогнозування молекулярної геометрії
Для початку намалюйте структуру Льюїса.
Підрахуйте кількість сполучних пар і одиноких пар навколо центрального атома.
Організуйте пари зв'язку та одинокі пари в одній із стандартних геометрій, тим самим мінімізуючи відштовхування електрон-електронів.
Кілька облігацій вважаються єдиною областю склеювання.
Що таке правило Бента:
Більше електронегативних замісників «віддають перевагу» гібридним орбіталям, що мають менший s-характер, а більше електропозитивних замісників «віддають перевагу» орбіталям, що мають більше s-характеру.
Кути зв'язку в CH 4, CF 4 і CH 2 F 2 можна пояснити за допомогою правила Бента. У той час як вуглець в CH 4 і CF 4 використовує чотири однакових sp ³ гібридів для склеювання, в CH 2 F 2 гібриди, використовувані не є ідентичними.
C-F зв'язки утворені з sp 3+ х гібридів, з трохи більшим p -характером і меншим s -характером, ніж sp ³ гібрид, а водень пов'язаний sp 3 - х гібридами, з трохи менше p -символу і трохи більше s-символу. Збільшення кількості p -символу в C-F зв'язках зменшує кут зв'язку F-C-F, оскільки для склеювання чистими p -орбіталями кут зв'язку зменшувався б до 90°.
Молекулярні форми, визначені теорією VSEPR
|
Молекула |
Стеричне число |
Геометрія |
Приклад |
|
МА 2 |
2 |
Лінійний |
БеКл 2 |
|
МАР 3 |
3 |
Тригональний площинний |
БФ 3 |
|
МАР 4 |
4 |
Тетраедричний |
SiF 4 |
|
МАР 5 |
5 |
Тригональний біпірамідний |
ПФ 5 |
|
6 МА |
6 |
Восьмигранний |
СФ 6 |
|
7 МА |
7 |
П'ятикутна біпірамідальна |
ЯКЩО 7 |
|
Молекула |
СН |
Кількість одиноких пар |
Геометрія |
форма |
Приклад |
|
МА 2 |
2 | 0 |
Лінійний |
СО 2 |
|
|
МАР 3 |
3 3 |
0 1 |
Тригональний площинний |
Трикутний площинний |
ТАК 3 |
|
МАР 4 |
4 | 0 1 2 |
Тетраедричний |
Тетраедрична |
СН |
|
МАР 5 |
5 | 0 1 2 3 |
Тригональний біпірамідний |
Трикутна біпірамідальна |
Саф 5 |
|
6 МА |
6 | 0 1 2 |
Восьмигранний |
Восьмигранний |
СФ 6 |
Проблеми:
1. Намалюйте структуру та зобразіть геометрію навколо атомів Se в [Se 3 O 6 F 3] 3-, яка є симетричною іонною молекулою з циклічною структурою, використовуючи модель VSEPR.
Рішення
Застосувати до структури теорію VSEPR.
Вона має шість валентних електронів. Один Se—F і три Se—O (один термінал і два моста) додадуть ще чотири електрони до валентної оболонки Se, отже, 10 е = 5 електронних пар, з яких чотири - зв'язані пари, а одна - одинока пара. Очікується середовище TBP.
2. Прогнозуйте та намалюйте структуру I 3 + за допомогою моделі VSEPR.
Рішення
Загальна кількість електрона у центрального атома I дорівнює: 7 + 2 -1 (заряд) = 8; 2БП + 2ЛП, має бути чотиригранної і кутової форми.
3. Який з H 2 O і F 2 O матиме більший кут зв'язку X-O-X?
Рішення:
F є більш електронегативним, ніж H; тому простір, зайнятий парою зв'язку O-H в валентній оболонці O, буде більше. Отже, H 2 O матиме більший кут зв'язку X-O-X.
4. Поясніть, чому кути зв'язку X-P-X для серії молекул POX 3 зменшуються від X = Br (104,1°) до X = Cl (103,3°) до X = F (101,3°)
Рішення:
Фтор є найбільш електронегативним галогеном, тому він буде відтягувати електронну щільність у зв'язку P-F від атома P; відштовхування пар зв'язку P-F буде меншим, ніж відштовхування пар зв'язку P-Cl і P-Br, тому кут зв'язку F-P-F буде найменший.
5. Покажіть, що наступні молекули та відповідні їм форми є правильними, використовуючи теорію VSEPR.
| бКл 3, | тригональний площинний |
| [ІФ5] 2-, | п'ятикутний площинний |
| [NH 4] +, | чотиригранний |
| СФ 6; | восьмигранний |
| ЕФ 4; | квадратний площинний |
| СаФ 5; | тригональний біпірамідний |
| Се (О) Ф 4, | квадратна піраміда |
| ЯКЩО 7, | п'ятикутний біпірамідний |
| [Н 3 О] + | чотиригранний |
| Н 2 Сб | чотиригранний |
6. Опрацюйте геометрію I 3 - іона за допомогою моделі VSEPR.
Рішення
