Մոլեկուլային ձևերի քննարկման օրինակելի հարցեր
Պենգանտար
Քիմիան նյութի վարքագծի և դրա ենթարկվող փոփոխությունների ուսումնասիրությունն է: Քիմիայի կարևոր հասկացություններից մեկը մոլեկուլի ձևի հասկացումն է: Մոլեկուլի ձևը ազդում է միացությունների ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների վրա, ինչպիսիք են հալման ջերմաստիճանը, եռման ջերմաստիճանը և գոլորշու ճնշումը: Մոլեկուլի ձևը նաև կարևոր դեր է խաղում այդ միացություններում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաները որոշելու գործում: Մոլեկուլի ձևը բացատրելու համար ամենատարածված տեսությունը VSEPR (Վալենտական թաղանթի էլեկտրոնային զույգի վանում) տեսությունն է: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք մոլեկուլի ձևին վերաբերող մի քանի օրինակելի խնդիրներ և թե ինչպես կարելի է VSEPR տեսությունը կիրառել դրանք լուծելու համար:
VSEPR տեսություն
VSEPR տեսությունը մի տեսություն է, որն օգտագործվում է մոլեկուլների ձևը որոշելու համար՝ հիմնվելով կենտրոնական ատոմի շուրջ էլեկտրոնային զույգերի վանողականության վրա: Այս տեսության համաձայն, էլեկտրոնային զույգերը դասավորվում են այնպես, որ դրանց միջև վանողականությունը նվազագույնի հասցվի: Սա ստիպում է մոլեկուլին ընդունել որոշակի, կանխատեսելի ձև: Այս էլեկտրոնային զույգերը ներառում են կապող էլեկտրոնային զույգեր (BEP) և միայնակ էլեկտրոնային զույգեր (LOP):
Ստացված մոլեկուլային ձևերից մի քանիսը սովորաբար հետևյալն են.
1. Գծային
2. Եռանկյուն հարթ
3. Քառանիստ
4. Եռանկյուն երկպիրամիդային
5. Ութանկյուն
6. Բենտ (բենտ)
7. Սղոց
8. T-աձև
9. Քառակուսի պլանար
10. Քառակուսի բուրգաձև
Հաջորդը, եկեք նայենք մի քանի օրինակելի հարցերի և դրանց քննարկումների։
Օրինակ՝ հարց 1. CH4 մոլեկուլների ձևի որոշումը
Հարց՝
Որոշեք մեթանի (CH4) մոլեկուլային ձևը՝ օգտագործելով VSEPR տեսությունը։
Քննարկում.
1. Որոշեք Լյուիսի կառուցվածքը.
– Կենտրոնական ատոմ՝ C (ածխածին)
– Ածխածինն ունի 4 վալենտային էլեկտրոն։
– Ջրածիններից յուրաքանչյուրն ունի 1 վալենտային էլեկտրոն։
– Ընդհանուր վալենտային էլեկտրոններ = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 վալենտային էլեկտրոններ։
CH4-ի Լյուիսի կառուցվածքը ցույց է տալիս կենտրոնում գտնվող ածխածին՝ չորս ջրածնի ատոմներով, որոնք ածխածնի ատոմի հետ կազմում են միակ (սիգմա) կապեր: Ածխածնի ատոմի վրա էլեկտրոնների միայնակ զույգեր չկան:
2. Էլեկտրոնային զույգերի հաշվարկը.
– PEI: Կան 4 կապեր, որոնք բոլորն էլ կապող էլեկտրոնային զույգեր են։
– PEB: Միայնակ էլեկտրոնային զույգեր չկան։
3. Մոլեկուլային ձևերի նույնականացում.
– Ընդհանուր 4 PEI և 0 PEB դեպքում կենտրոնական ատոմի շուրջ էլեկտրոնային բաշխումը կստանա այնպիսի ձև, որը նվազագույնի կհասցնի վանողականությունը։
– Ամենահեռավոր բաշխում ունեցող ձևը քառանիստն է։
Այսպիսով, CH4 մոլեկուլի ձևը քառանիստ է՝ մոտ 109.5 աստիճան կապի անկյունով։
Օրինակ հարց 2. NH3-ի մոլեկուլային ձևի որոշում
Հարց՝
Որոշեք ամոնիակի (NH3) մոլեկուլային ձևը՝ օգտագործելով VSEPR տեսությունը։
Քննարկում.
1. Որոշեք Լյուիսի կառուցվածքը.
– Կենտրոնական ատոմ՝ N (ազոտ):
– Ազոտն ունի 5 վալենտային էլեկտրոն։
– Ջրածիններից յուրաքանչյուրն ունի 1 վալենտային էլեկտրոն։
– Ընդհանուր վալենտային էլեկտրոններ = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 վալենտային էլեկտրոններ։
NH3-ի Լյուիսի կառուցվածքը ցույց է տալիս կենտրոնում ազոտ՝ երեք ջրածնի ատոմներով, որոնք ազոտի ատոմի հետ կազմում են միակ (սիգմա) կապեր, և ազոտի վրա՝ մեկ միայնակ զույգ էլեկտրոններ։
2. Էլեկտրոնային զույգերի հաշվարկը.
– PEI: Կան 3 կապեր, որոնք բոլորն էլ կապող էլեկտրոնային զույգեր են։
– PEB: Կա 1 միայնակ էլեկտրոնային զույգ։
3. Մոլեկուլային ձևերի նույնականացում.
– Ընդհանուր 3 PEI և 1 PEB դեպքում կենտրոնական ատոմի շուրջ էլեկտրոնային բաշխումը կստանա այնպիսի ձև, որը նվազագույնի կհասցնի վանողականությունը։
– Համապատասխան բաշխմամբ ձևը եռանկյուն բուրգաձևն է։
Այսպիսով, NH3 մոլեկուլի ձևը եռանկյուն բուրգաձև է՝ կապի անկյունով, որը մի փոքր փոքր է 109.5 աստիճանից՝ ավելի ուժեղ միայնակ էլեկտրոնային զույգի կողմից վանման պատճառով։
Օրինակ՝ հարց 3. H2O մոլեկուլների ձևի որոշում
Հարց՝
Որոշեք ջրի մոլեկուլի (H2O) ձևը՝ օգտագործելով VSEPR տեսությունը։
Քննարկում.
1. Որոշեք Լյուիսի կառուցվածքը.
– Կենտրոնական ատոմ՝ O (թթվածին):
– Թթվածինն ունի 6 վալենտային էլեկտրոն։
– Ջրածիններից յուրաքանչյուրն ունի 1 վալենտային էլեկտրոն։
– Ընդհանուր վալենտային էլեկտրոններ = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 վալենտային էլեկտրոններ։
H2O-ի Լյուիսի կառուցվածքը ցույց է տալիս կենտրոնում թթվածին՝ երկու ջրածնի ատոմներով, որոնք թթվածնի ատոմի հետ կազմում են միակ (սիգմա) կապեր, և թթվածնի վրա՝ երկու միայնակ զույգ էլեկտրոններ։
2. Էլեկտրոնային զույգերի հաշվարկը.
– PEI: Կան 2 կապեր, որոնք բոլորն էլ կապող էլեկտրոնային զույգեր են։
– PEB: Կա 2 միայնակ էլեկտրոնային զույգ։
3. Մոլեկուլային ձևերի նույնականացում.
– Ընդհանուր 2 PEI և 2 PEB դեպքում կենտրոնական ատոմի շուրջ էլեկտրոնային բաշխումը կստանա այնպիսի ձև, որը նվազագույնի կհասցնի վանողականությունը։
– Համապատասխան բաշխում ունեցող ձևը կորացածն է։
Այսպիսով, H2O մոլեկուլի ձևը ծռված է մոտ 104.5 աստիճան կապի անկյան տակ։
Օրինակ՝ հարց 4. PCl5-ի մոլեկուլային ձևի որոշում
Հարց՝
Որոշեք ֆոսֆորի պենտաքլորիդի (PCl5) մոլեկուլային ձևը՝ օգտագործելով VSEPR տեսությունը։
Քննարկում.
1. Որոշեք Լյուիսի կառուցվածքը.
– Կենտրոնական ատոմ՝ P (ֆոսֆոր):
– Ֆոսֆորն ունի 5 վալենտային էլեկտրոն։
– Քլորից յուրաքանչյուրն ունի 7 վալենտային էլեկտրոն։
– Ընդհանուր վալենտային էլեկտրոններ = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 վալենտային էլեկտրոններ։
PCl5-ի Լյուիսի կառուցվածքը ցույց է տալիս ֆոսֆորի կենտրոնում գտնվող հինգ քլորի ատոմներ, որոնք ֆոսֆորի ատոմի հետ կազմում են մեկ (սիգմա) կապեր: Ֆոսֆորի վրա էլեկտրոնների միայնակ զույգեր չկան:
2. Էլեկտրոնային զույգերի հաշվարկը.
– PEI: Կան 5 կապեր, որոնք բոլորն էլ կապող էլեկտրոնային զույգեր են։
– PEB: Միայնակ էլեկտրոնային զույգեր չկան։
3. Մոլեկուլային ձևերի նույնականացում.
– Ընդհանուր 5 PEI և 0 PEB դեպքում կենտրոնական ատոմի շուրջ էլեկտրոնային բաշխումը կստանա այնպիսի ձև, որը նվազագույնի կհասցնի վանողականությունը։
– Համապատասխան բաշխմամբ ձևը եռանկյուն երկպիրամիդային է։
Այսպիսով, PCl5 մոլեկուլի ձևը եռանկյուն երկպիրամիդային է՝ 90° և 120° կապի անկյուններով։
Օրինակ՝ հարց 5. SF6 մոլեկուլների ձևի որոշում
Հարց՝
Որոշեք ծծմբի հեքսաֆտորիդի (SF6) մոլեկուլային ձևը՝ օգտագործելով VSEPR տեսությունը։
Քննարկում.
1. Որոշեք Լյուիսի կառուցվածքը.
– Կենտրոնական ատոմ՝ S (ծծումբ):
– Ծծումբն ունի 6 վալենտային էլեկտրոն։
– Ֆտորից յուրաքանչյուրն ունի 7 վալենտային էլեկտրոն։
– Ընդհանուր վալենտային էլեկտրոններ = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 վալենտային էլեկտրոններ։
SF6-ի Լյուիսի կառուցվածքը ցույց է տալիս կենտրոնում ծծումբ՝ վեց ֆտորի ատոմներով, որոնք կազմում են միակ (սիգմա) կապեր ծծմբի ատոմի հետ։ Ծծմբի վրա էլեկտրոնների միայնակ զույգեր չկան։
2. Էլեկտրոնային զույգերի հաշվարկը.
– PEI: Կան 6 կապեր, որոնք բոլորն էլ կապող էլեկտրոնային զույգեր են։
– PEB: Միայնակ էլեկտրոնային զույգեր չկան։
3. Մոլեկուլային ձևերի նույնականացում.
– Ընդհանուր 6 PEI և 0 PEB դեպքում կենտրոնական ատոմի շուրջ էլեկտրոնային բաշխումը կստանա այնպիսի ձև, որը նվազագույնի կհասցնի վանողականությունը։
– Համապատասխան բաշխում ունեցող ձևը ութանիստն է։
Այսպիսով, SF6 մոլեկուլի ձևը օկտաէդրիկ է՝ 90° կապի անկյունով։
Եզրակացություն
Մոլեկուլի ձևի հասկացումը կարևոր է միացության քիմիական և ֆիզիկական հատկությունների մեծ մասը բացատրելու համար: VSEPR տեսությունը արդյունավետ միջոց է դրա երկրաչափությունը կանխատեսելու համար՝ հիմնվելով կապի և միայնակ զույգերի հաշվարկների վրա: Քննարկված յուրաքանչյուր օրինակում գործընթացը ներառում է Լյուիսի կառուցվածքի որոշումը, էլեկտրոնային զույգերի հաշվարկը և վերջապես ամենահարմար մոլեկուլային ձևի նույնականացումը: Կանոնավոր պրակտիկայի միջոցով յուրաքանչյուրը կարող է հմտանալ VSEPR տեսությունն օգտագործելու մեջ՝ մոլեկուլային ձևը որոշելու համար:
