Exemples de preguntes sobre formes moleculars
Pengantar
La química és l'estudi del comportament de la matèria i els canvis que experimenta. Un concepte important en química és la comprensió de la forma molecular. La forma molecular influeix en les propietats físiques i químiques dels compostos, com ara el punt de fusió, el punt d'ebullició i la pressió de vapor. La forma molecular també juga un paper crucial en la determinació de les reaccions químiques que es produeixen en aquests compostos. La teoria més utilitzada per explicar la forma molecular és la teoria de la RPECV (repulsió de parells d'electrons de la capa de valència). En aquest article, discutirem diversos exemples de problemes relacionats amb la forma molecular i com es pot aplicar la teoria de la RPECV per resoldre'ls.
Teoria RPECV
La teoria de la RPECV és una teoria que s'utilitza per determinar la forma de les molècules basant-se en la repulsió dels parells d'electrons al voltant de l'àtom central. Segons aquesta teoria, els parells d'electrons s'organitzaran de manera que la repulsió entre ells es minimitzi. Això fa que la molècula assumeixi una forma específica i predictible. Aquests parells d'electrons inclouen parells d'electrons d'enllaç (BEP) i parells d'electrons solitaris (LOP).
Algunes de les formes moleculars produïdes solen ser:
1. Lineal
2. Planar trigonal
3. Tetraèdric
4. Bipiramidal trigonal
5. Octaèdric
6. Doblegat (doblegat)
7. Balancí
8. En forma de T
9. Pla quadrat
10. Piramidal quadrat
A continuació, vegem alguns exemples de preguntes i els seus debats.
Exemple de pregunta 1: Determinació de la forma de les molècules de CH4
Pregunta:
Determineu la forma molecular del metà (CH4) utilitzant la teoria de la RPECV.
Discussió:
1. Determineu l'estructura de Lewis:
– Àtom central: C (carboni)
– El carboni té 4 electrons de valència.
– Els àtoms d'hidrogen tenen cadascun un electró de valència.
– Electrons de valència totals = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 electrons de valència.
L'estructura de Lewis del CH4 mostra un carboni al centre amb quatre àtoms d'hidrogen que formen enllaços simples (sigma) amb l'àtom de carboni. No hi ha parells d'electrons solitaris a l'àtom de carboni.
2. Compte de parells d'electrons:
– PEI: Hi ha 4 enllaços, tots dels quals són parells d'electrons d'enllaç.
– PEB: No hi ha parells d'electrons solitaris.
3. Identificació de formes moleculars:
– Amb un total de 4 PEI i 0 PEB, la distribució d'electrons al voltant de l'àtom central prendrà una forma que minimitzi la repulsió.
– La forma amb la distribució més allunyada és la tetraèdrica.
Així doncs, la forma de la molècula de CH4 és tetraèdrica amb un angle d'enllaç d'uns 109.5 graus.
Exemple de pregunta 2: Determinació de la forma molecular de NH3
Pregunta:
Determineu la forma molecular de l'amoníac (NH3) utilitzant la teoria de la RPECV.
Discussió:
1. Determineu l'estructura de Lewis:
– Àtom central: N (nitrogen).
– El nitrogen té 5 electrons de valència.
– Els àtoms d'hidrogen tenen cadascun un electró de valència.
– Electrons de valència totals = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 electrons de valència.
L'estructura de Lewis de l'NH3 mostra nitrogen al centre amb tres àtoms d'hidrogen formant enllaços simples (sigma) amb l'àtom de nitrogen i un parell solitari d'electrons al nitrogen.
2. Compte de parells d'electrons:
– PEI: Hi ha 3 enllaços, tots dels quals són parells d'electrons d'enllaç.
– PEB: Hi ha 1 parell d'electrons solitari.
3. Identificació de formes moleculars:
– Amb un total de 3 PEI i 1 PEB, la distribució d'electrons al voltant de l'àtom central prendrà una forma que minimitzi la repulsió.
– La forma amb la distribució adequada és piramidal trigonal.
Així doncs, la forma de la molècula de NH3 és piramidal trigonal amb un angle d'enllaç lleugerament inferior a 109.5 graus a causa de la repulsió del parell d'electrons solitaris més fort.
Exemple de pregunta 3: Determinació de la forma de les molècules d'H2O
Pregunta:
Determineu la forma de la molècula d'aigua (H2O) utilitzant la teoria VSEPR.
Discussió:
1. Determineu l'estructura de Lewis:
– Àtom central: O (oxigen).
– L'oxigen té 6 electrons de valència.
– Els àtoms d'hidrogen tenen cadascun un electró de valència.
– Electrons de valència totals = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 electrons de valència.
L'estructura de Lewis de l'H2O mostra oxigen al centre amb dos àtoms d'hidrogen formant enllaços simples (sigma) amb l'àtom d'oxigen i dos parells d'electrons solitaris a l'oxigen.
2. Compte de parells d'electrons:
– PEI: Hi ha 2 enllaços, tots dels quals són parells d'electrons d'enllaç.
– PEB: Hi ha 2 parell d'electrons solitari.
3. Identificació de formes moleculars:
– Amb un total de 2 PEI i 2 PEB, la distribució d'electrons al voltant de l'àtom central prendrà una forma que minimitzi la repulsió.
– La forma amb la distribució adequada és Corbada.
Així doncs, la forma de la molècula d'H2O està doblegada amb un angle d'enllaç d'uns 104.5 graus.
Exemple de pregunta 4: Determinació de la forma molecular del PCl5
Pregunta:
Determineu la forma molecular del pentaclorur de fòsfor (PCl5) utilitzant la teoria VSEPR.
Discussió:
1. Determineu l'estructura de Lewis:
– Àtom central: P (fòsfor).
– El fòsfor té 5 electrons de valència.
– El clor té cadascun 7 electrons de valència.
– Electrons de valència totals = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 electrons de valència.
L'estructura de Lewis del PCl5 mostra fòsfor al centre amb cinc àtoms de clor formant enllaços simples (sigma) amb l'àtom de fòsfor. No hi ha parells d'electrons solitaris al fòsfor.
2. Compte de parells d'electrons:
– PEI: Hi ha 5 enllaços, tots dels quals són parells d'electrons d'enllaç.
– PEB: No hi ha parells d'electrons solitaris.
3. Identificació de formes moleculars:
– Amb un total de 5 PEI i 0 PEB, la distribució d'electrons al voltant de l'àtom central prendrà una forma que minimitzi la repulsió.
– La forma amb la distribució adequada és bipiramidal trigonal.
Així doncs, la forma de la molècula de PCl5 és bipiramidal trigonal amb angles d'enllaç de 90° i 120°.
Exemple de pregunta 5: Determinació de la forma de les molècules de SF6
Pregunta:
Determineu la forma molecular de l'hexafluorur de sofre (SF6) utilitzant la teoria VSEPR.
Discussió:
1. Determineu l'estructura de Lewis:
– Àtom central: S (sofre).
– El sofre té 6 electrons de valència.
– El fluor té 7 electrons de valència cadascun.
– Electrons de valència totals = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 electrons de valència.
L'estructura de Lewis de l'SF6 mostra sofre al centre amb sis àtoms de fluor que formen enllaços simples (sigma) amb l'àtom de sofre. No hi ha parells d'electrons solitaris al sofre.
2. Compte de parells d'electrons:
– PEI: Hi ha 6 enllaços, tots dels quals són parells d'electrons d'enllaç.
– PEB: No hi ha parells d'electrons solitaris.
3. Identificació de formes moleculars:
– Amb un total de 6 PEI i 0 PEB, la distribució d'electrons al voltant de l'àtom central prendrà una forma que minimitzi la repulsió.
– La forma amb la distribució adequada és octaèdrica.
Així doncs, la forma de la molècula de SF6 és octaèdrica amb un angle d'enllaç de 90°.
Conclusió
Comprendre la forma molecular és clau per explicar moltes de les propietats químiques i físiques d'un compost. La teoria de la RPECV proporciona una manera eficaç de predir la seva geometria basant-se en càlculs d'enllaços i parells solitaris. En cadascun dels exemples discutits, el procés implica determinar l'estructura de Lewis, calcular els parells d'electrons i, finalment, identificar la forma molecular més adequada. Amb la pràctica regular, qualsevol persona pot adquirir experiència en l'ús de la teoria de la RPECV per determinar la forma molecular.
