Primjeri pitanja o molekularnim oblicima
Pengantar
Kemija je znanost o ponašanju tvari i promjenama koje ona prolazi. Jedan važan koncept u kemiji je razumijevanje molekularnog oblika. Molekularni oblik utječe na fizikalna i kemijska svojstva spojeva, poput tališta, vrelišta i tlaka pare. Molekularni oblik također igra ključnu ulogu u određivanju kemijskih reakcija koje se odvijaju u tim spojevima. Najčešće korištena teorija za objašnjenje molekularnog oblika je VSEPR (teorija odbijanja elektronskog para valentne ljuske). U ovom ćemo članku raspravljati o nekoliko primjera problema koji uključuju molekularni oblik i kako se VSEPR teorija može primijeniti za njihovo rješavanje.
VSEPR teorija
VSEPR teorija je teorija koja se koristi za određivanje oblika molekula na temelju odbijanja elektronskih parova oko središnjeg atoma. Prema ovoj teoriji, elektronski parovi će se rasporediti na takav način da je odbijanje među njima minimizirano. To uzrokuje da molekula poprimi specifičan, predvidljiv oblik. Ovi elektronski parovi uključuju vezne elektronske parove (BEP) i usamljene elektronske parove (LOP).
Neki od proizvedenih molekularnih oblika su obično:
1. Linearno
2. Trigonalni planar
3. Tetraedarski
4. Trigonalna bipiramidalna
5. Oktaedar
6. Savijen (savijen)
7. Klackalica
8. T-oblik
9. Kvadratni planarni
10. Kvadratna piramidalna
Zatim, pogledajmo neke primjere pitanja i njihove rasprave.
Primjer pitanja 1: Određivanje oblika molekula CH4
Pitanje:
Odredite molekularni oblik metana (CH4) koristeći VSEPR teoriju.
Rasprava:
1. Odredite Lewisovu strukturu:
– Središnji atom: C (ugljik)
– Ugljik ima 4 valentna elektrona.
– Vodik ima svaki valentni elektron.
– Ukupni valentni elektroni = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 valentnih elektrona.
Lewisova struktura CH4 pokazuje ugljik u središtu s četiri atoma vodika koji tvore jednostruke (sigma) veze s atomom ugljika. Na atomu ugljika nema slobodnih elektronskih parova.
2. Brojanje elektronskih parova:
– PEI: Postoje 4 veze, a sve su to vezni elektronski parovi.
– PEB: Nema usamljenih elektronskih parova.
3. Identificiranje molekularnih oblika:
– S ukupno 4 PEI i 0 PEB, raspodjela elektrona oko središnjeg atoma poprimit će oblik koji minimizira odbijanje.
– Oblik s najdaljom rasprostranjenošću je tetraedarski.
Dakle, oblik molekule CH4 je tetraedarski s kutom veze od oko 109.5 stupnjeva.
Primjer pitanja 2: Određivanje molekularnog oblika NH3
Pitanje:
Odredite molekularni oblik amonijaka (NH3) koristeći VSEPR teoriju.
Rasprava:
1. Odredite Lewisovu strukturu:
– Središnji atom: N (dušik).
– Dušik ima 5 valentnih elektrona.
– Vodik ima svaki valentni elektron.
– Ukupno valentnih elektrona = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 valentnih elektrona.
Lewisova struktura NH3 pokazuje dušik u središtu s tri atoma vodika koji tvore jednostruke (sigma) veze s atomom dušika i jednim usamljenim parom elektrona na dušiku.
2. Brojanje elektronskih parova:
– PEI: Postoje 3 veze, a sve su to vezni elektronski parovi.
– PEB: Postoji 1 usamljeni elektronski par.
3. Identificiranje molekularnih oblika:
– S ukupno 3 PEI i 1 PEB, raspodjela elektrona oko središnjeg atoma poprimit će oblik koji minimizira odbijanje.
– Oblik s odgovarajućom distribucijom je trigonalni piramidalni.
Dakle, oblik molekule NH3 je trigonalno-piramidalni s kutom veze nešto manjim od 109.5 stupnjeva zbog odbijanja od jačeg usamljenog elektronskog para.
Primjer pitanja 3: Određivanje oblika molekula H2O
Pitanje:
Odredite oblik molekule vode (H2O) koristeći VSEPR teoriju.
Rasprava:
1. Odredite Lewisovu strukturu:
– Središnji atom: O (kisik).
– Kisik ima 6 valentnih elektrona.
– Vodik ima svaki valentni elektron.
– Ukupno valentnih elektrona = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 valentnih elektrona.
Lewisova struktura H2O pokazuje kisik u središtu s dva atoma vodika koji tvore jednostruke (sigma) veze s atomom kisika i dva usamljena para elektrona na kisiku.
2. Brojanje elektronskih parova:
– PEI: Postoje 2 veze, a sve su to vezni elektronski parovi.
– PEB: Postoji 2 usamljeni elektronski par.
3. Identificiranje molekularnih oblika:
– S ukupno 2 PEI i 2 PEB, raspodjela elektrona oko središnjeg atoma poprimit će oblik koji minimizira odbijanje.
– Oblik s odgovarajućom distribucijom je savijen.
Dakle, oblik molekule H2O je savijen s kutom veze od oko 104.5 stupnjeva.
Primjer pitanja 4: Određivanje molekularnog oblika PCl5
Pitanje:
Odredite molekularni oblik fosforovog pentaklorida (PCl5) koristeći VSEPR teoriju.
Rasprava:
1. Odredite Lewisovu strukturu:
– Središnji atom: P (fosfor).
– Fosfor ima 5 valentnih elektrona.
– Klor ima 7 valentnih elektrona.
– Ukupno valentnih elektrona = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 valentnih elektrona.
Lewisova struktura PCl5 pokazuje fosfor u središtu s pet atoma klora koji tvore jednostruke (sigma) veze s atomom fosfora. Na fosforu nema slobodnih elektronskih parova.
2. Brojanje elektronskih parova:
– PEI: Postoje 5 veze, a sve su to vezni elektronski parovi.
– PEB: Nema usamljenih elektronskih parova.
3. Identificiranje molekularnih oblika:
– S ukupno 5 PEI i 0 PEB, raspodjela elektrona oko središnjeg atoma poprimit će oblik koji minimizira odbijanje.
– Oblik s odgovarajućom distribucijom je trigonalni bipiramidalni.
Dakle, oblik molekule PCl5 je trigonalni bipiramidalni s kutovima veza od 90° i 120°.
Primjer pitanja 5: Određivanje oblika molekula SF6
Pitanje:
Odredite molekularni oblik sumporovog heksafluorida (SF6) koristeći VSEPR teoriju.
Rasprava:
1. Odredite Lewisovu strukturu:
– Središnji atom: S (sumpor).
– Sumpor ima 6 valentnih elektrona.
– Fluor ima svaki 7 valentnih elektrona.
– Ukupno valentnih elektrona = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 valentnih elektrona.
Lewisova struktura SF6 pokazuje sumpor u središtu sa šest atoma fluora koji tvore jednostruke (sigma) veze s atomom sumpora. Na sumporu nema slobodnih elektronskih parova.
2. Brojanje elektronskih parova:
– PEI: Postoje 6 veze, a sve su to vezni elektronski parovi.
– PEB: Nema usamljenih elektronskih parova.
3. Identificiranje molekularnih oblika:
– S ukupno 6 PEI i 0 PEB, raspodjela elektrona oko središnjeg atoma poprimit će oblik koji minimizira odbijanje.
– Oblik s odgovarajućom distribucijom je oktaedarski.
Dakle, oblik molekule SF6 je oktaedarski s kutom veze od 90°.
Zaključak
Razumijevanje molekularnog oblika ključno je za objašnjenje mnogih kemijskih i fizikalnih svojstava spoja. VSEPR teorija pruža učinkovit način predviđanja njegove geometrije na temelju izračuna vezanja i slobodnih parova. U svakom od raspravljanih primjera, proces uključuje određivanje Lewisove strukture, izračunavanje elektronskih parova i konačno identificiranje najprikladnijeg molekularnog oblika. Redovitom vježbom svatko može postati vješt u korištenju VSEPR teorije za određivanje molekularnog oblika.
