Прыклады пытанняў па абмеркаванні малекулярных формаў
Пенгантар
Хімія — гэта навука аб паводзінах рэчыва і зменах, якія яно перажывае. Адным з важных паняццяў у хіміі з'яўляецца разуменне формы малекулы. Форма малекулы ўплывае на фізічныя і хімічныя ўласцівасці злучэнняў, такія як тэмпература плаўлення, тэмпература кіпення і ціск пары. Форма малекулы таксама адыгрывае вырашальную ролю ў вызначэнні хімічных рэакцый, якія адбываюцца ў гэтых злучэннях. Найбольш распаўсюджанай тэорыяй для тлумачэння формы малекулы з'яўляецца тэорыя адштурхвання электронных пар валентнай абалонкі (VSEPR). У гэтым артыкуле мы абмяркуем некалькі прыкладаў задач, звязаных з формай малекулы, і тое, як тэорыю VSEPR можна прымяніць для іх вырашэння.
Тэорыя VSEPR
Тэорыя VSEPR — гэта тэорыя, якая выкарыстоўваецца для вызначэння формы малекул на аснове адштурхвання электронных пар вакол цэнтральнага атама. Згодна з гэтай тэорыяй, электронныя пары размяшчаюцца такім чынам, каб адштурхванне паміж імі было мінімізавана. Гэта прымушае малекулу прымаць пэўную, прадказальную форму. Да гэтых электронных пар адносяцца злучальныя электронныя пары (BEP) і няпоўныя электронныя пары (LOP).
Некаторыя з малекулярных формаў, якія ўтвараюцца звычайна:
1. Лінейны
2. Трыганальная планарная
3. Тэтраэдрычны
4. Трыганальная біпірамідальная
5. Васьмігранны
6. Сагнуты (сагнуты)
7. Качалка
8. Т-вобразная
9. Квадратны планарны
10. Квадратная пірамідальная
Далей давайце разгледзім некалькі прыкладаў пытанняў і іх абмеркаванне.
Прыклад пытання 1: Вызначэнне формы малекул CH4
Пытанне:
Вызначце малекулярную форму метану (CH4) з дапамогай тэорыі VSEPR.
Абмеркаванне:
1. Вызначце структуру Льюіса:
– Цэнтральны атам: C (вуглярод)
– Вуглярод мае 4 валентныя электроны.
– Кожны вадарод мае 1 валентны электрон.
– Агульная колькасць валентных электронаў = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 валентных электронаў.
Структура CH4 паводле Льюіса паказвае атам вугляроду ў цэнтры з чатырма атамамі вадароду, якія ўтвараюць адзінарныя (сігма) сувязі з атамам вугляроду. На атаме вугляроду няма няпоўных пар электронаў.
2. Падлік электронных пар:
– PEI: Ёсць 4 сувязі, усе з якіх з'яўляюцца злучальнымі электроннымі парамі.
– PEB: Няма адзіночных электронных пар.
3. Вызначэнне малекулярных формаў:
– Пры агульнай колькасці 4 PEI і 0 PEB размеркаванне электронаў вакол цэнтральнага атама будзе мець форму, якая мінімізуе адштурхванне.
– Найбольш распаўсюджаная форма — тэтраэдрычная.
Такім чынам, форма малекулы CH4 — тэтраэдрычная з вуглом сувязі каля 109.5 градусаў.
Прыклад пытання 2: Вызначэнне малекулярнай формы NH3
Пытанне:
Вызначце малекулярную форму аміяку (NH3) з дапамогай тэорыі VSEPR.
Абмеркаванне:
1. Вызначце структуру Льюіса:
– Цэнтральны атам: N (азот).
– Азот мае 5 валентных электронаў.
– Кожны вадарод мае 1 валентны электрон.
– Агульная колькасць валентных электронаў = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 валентных электронаў.
Структура NH3 паводле Льюіса паказвае азот у цэнтры з трыма атамамі вадароду, якія ўтвараюць адзінарныя (сігма) сувязі з атамам азоту, і адну няпоўную пару электронаў на азоте.
2. Падлік электронных пар:
– PEI: Ёсць 3 сувязі, усе з якіх з'яўляюцца злучальнымі электроннымі парамі.
– PEB: Ёсць 1 няпоўная электронная пара.
3. Вызначэнне малекулярных формаў:
– Пры агульнай колькасці 3 PEI і 1 PEB размеркаванне электронаў вакол цэнтральнага атама будзе мець форму, якая мінімізуе адштурхванне.
– Форма з адпаведным размеркаваннем — трыганальная пірамідальная.
Такім чынам, форма малекулы NH3 — трыганальна-пірамідальная з вуглом сувязі крыху меншым за 109.5 градусаў з-за адштурхвання ад больш моцнай няпоўнай электроннай пары.
Прыклад пытання 3: Вызначэнне формы малекул H2O
Пытанне:
Вызначце форму малекулы вады (H2O) з дапамогай тэорыі VSEPR.
Абмеркаванне:
1. Вызначце структуру Льюіса:
– Цэнтральны атам: O (кісларод).
– Кісларод мае 6 валентных электронаў.
– Кожны вадарод мае 1 валентны электрон.
– Агульная колькасць валентных электронаў = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 валентных электронаў.
Структура H2O паводле Льюіса паказвае кісларод у цэнтры з двума атамамі вадароду, якія ўтвараюць адзінарныя (сігма) сувязі з атамам кіслароду, і дзве няпоўныя пары электронаў на кіслародзе.
2. Падлік электронных пар:
– PEI: Ёсць 2 сувязі, усе з якіх з'яўляюцца злучальнымі электроннымі парамі.
– PEB: Ёсць 2 няпоўная электронная пара.
3. Вызначэнне малекулярных формаў:
– Пры агульнай колькасці 2 PEI і 2 PEB размеркаванне электронаў вакол цэнтральнага атама будзе мець форму, якая мінімізуе адштурхванне.
– Форма з адпаведным размеркаваннем — выгнутая.
Такім чынам, форма малекулы H2O выгнутая з вуглом сувязі каля 104.5 градусаў.
Прыклад пытання 4: Вызначэнне малекулярнай формы PCl5
Пытанне:
Вызначце малекулярную форму пентахларыду фосфару (PCl5) з дапамогай тэорыі VSEPR.
Абмеркаванне:
1. Вызначце структуру Льюіса:
– Цэнтральны атам: P (фосфар).
– Фосфар мае 5 валентных электронаў.
– Хлор мае па 7 валентных электронаў.
– Агульная колькасць валентных электронаў = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 валентных электронаў.
Структура PCl5 паводле Льюіса паказвае фосфар у цэнтры з пяццю атамамі хлору, якія ўтвараюць адзінарныя (сігма) сувязі з атамам фосфару. На фосфары няма няпоўных пар электронаў.
2. Падлік электронных пар:
– PEI: Ёсць 5 сувязі, усе з якіх з'яўляюцца злучальнымі электроннымі парамі.
– PEB: Няма адзіночных электронных пар.
3. Вызначэнне малекулярных формаў:
– Пры агульнай колькасці 5 PEI і 0 PEB размеркаванне электронаў вакол цэнтральнага атама будзе мець форму, якая мінімізуе адштурхванне.
– Форма з адпаведным размеркаваннем — трыганальная біпірамідальная.
Такім чынам, форма малекулы PCl5 — трыганальная біпірамідальная з вугламі сувязі 90° і 120°.
Прыклад пытання 5: Вызначэнне формы малекул SF6
Пытанне:
Вызначце малекулярную форму гексафтарыду серы (SF6) з выкарыстаннем тэорыі VSEPR.
Абмеркаванне:
1. Вызначце структуру Льюіса:
– Цэнтральны атам: S (сера).
– Сера мае 6 валентных электронаў.
– Фтор мае па 7 валентных электронаў.
– Агульная колькасць валентных электронаў = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 валентных электронаў.
Структура SF6 паводле Льюіса паказвае серу ў цэнтры з шасцю атамамі фтору, якія ўтвараюць адзінарныя (сігма) сувязі з атамам серы. На серы няма няпоўных пар электронаў.
2. Падлік электронных пар:
– PEI: Ёсць 6 сувязі, усе з якіх з'яўляюцца злучальнымі электроннымі парамі.
– PEB: Няма адзіночных электронных пар.
3. Вызначэнне малекулярных формаў:
– Пры агульнай колькасці 6 PEI і 0 PEB размеркаванне электронаў вакол цэнтральнага атама будзе мець форму, якая мінімізуе адштурхванне.
– Форма з адпаведным размеркаваннем — актаэдрычная.
Такім чынам, форма малекулы SF6 актаэдрычная з вуглом сувязі 90°.
Выснова
Разуменне формы малекулы з'яўляецца ключом да тлумачэння многіх хімічных і фізічных уласцівасцей злучэння. Тэорыя VSEPR забяспечвае эфектыўны спосаб прагназавання яго геаметрыі на аснове разлікаў сувязяў і няпоўных пар. У кожным з разгледжаных прыкладаў працэс уключае вызначэнне структуры Льюіса, разлік электронных пар і, нарэшце, вызначэнне найбольш прыдатнай формы малекулы. Пры рэгулярнай практыцы кожны можа навучыцца выкарыстоўваць тэорыю VSEPR для вызначэння формы малекулы.
