Молекулалық пішіндерді талқылайтын мысал сұрақтар
Пенгантар
Химия - заттың мінез-құлқын және оның өзгерістерін зерттейтін ғылым. Химиядағы маңызды ұғымдардың бірі - молекулалық пішінді түсіну. Молекулалық пішін қосылыстардың балқу температурасы, қайнау температурасы және бу қысымы сияқты физикалық және химиялық қасиеттеріне әсер етеді. Молекулалық пішін сонымен қатар сол қосылыстарда жүретін химиялық реакцияларды анықтауда маңызды рөл атқарады. Молекулалық пішінді түсіндіру үшін ең көп қолданылатын теория - VSEPR (Валенттік қабықша электрон жұбының итерілуі) теориясы. Бұл мақалада біз молекулалық пішінге қатысты бірнеше мысал мәселелерді және оларды шешу үшін VSEPR теориясын қалай қолдануға болатынын талқылаймыз.
VSEPR теориясы
VSEPR теориясы - орталық атомның айналасындағы электрон жұптарының итерілуіне негізделген молекулалардың пішінін анықтау үшін қолданылатын теория. Бұл теорияға сәйкес, электрон жұптары арасындағы итеру азаятындай етіп орналасады. Бұл молекуланың белгілі бір, болжамды пішінге ие болуына әкеледі. Бұл электрон жұптарына байланысқан электрон жұптары (BEP) және жалғыз электрон жұптары (LOP) жатады.
Әдетте өндірілген молекулалық формалардың кейбіреулері:
1. Сызықтық
2. Үшбұрышты жазықтық
3. Тетраэдрлік
4. Үшбұрышты бипирамида
5. Сегіз жақты
6. Иілген (иілген)
7. Аралау
8. Т-тәрізді
9. Шаршы жазықтық
10. Шаршы пирамида
Келесі кезекте, кейбір мысал сұрақтарды және олардың талқылауларын қарастырайық.
1-мысал: CH4 молекулаларының пішінін анықтау
Сұрақ:
VSEPR теориясын қолдана отырып, метанның (CH4) молекулалық пішінін анықтаңыз.
Талқылау:
1. Льюис құрылымын анықтаңыз:
– Орталық атом: C (көміртек)
– Көміртек атомында 4 валентті электрон бар.
– Сутегінің әрқайсысында 1 валенттілік электрон бар.
– Жалпы валенттілік электрондары = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 валенттілік электрондары.
CH4-тің Льюис құрылымы орталығында көміртекті көрсетеді, оның төрт сутегі атомы көміртек атомымен жалғыз (сигма) байланыс түзеді. Көміртек атомында жалғыз электрон жұптары жоқ.
2. Электрон жұптарын санау:
– PEI: 4 байланыс бар, олардың барлығы байланысқан электрон жұптары.
– PEB: Жалғыз электрон жұптары жоқ.
3. Молекулалық пішіндерді анықтау:
– Барлығы 4 PEI және 0 PEB болғанда, орталық атом айналасындағы электрондардың таралуы тебілуді азайтатын пішінге ие болады.
– Ең алыс таралуы бар түрі – тетраэдр.
Сонымен, CH4 молекуласының пішіні тетраэдрлік, байланыс бұрышы шамамен 109.5 градус.
2-мысал: NH3 молекулалық пішінін анықтау
Сұрақ:
VSEPR теориясын қолдана отырып, аммиактың (NH3) молекулалық пішінін анықтаңыз.
Талқылау:
1. Льюис құрылымын анықтаңыз:
– Орталық атом: N (азот).
– Азоттың 5 валенттік электроны бар.
– Сутегінің әрқайсысында 1 валенттілік электрон бар.
– Жалпы валенттілік электрондары = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 валенттілік электрондары.
NH3-тің Льюис құрылымы орталықта азотты, үш сутегі атомы азот атомымен жалғыз (сигма) байланыс түзеді және азотта бір электрон жұбы бар екенін көрсетеді.
2. Электрон жұптарын санау:
– PEI: 3 байланыс бар, олардың барлығы байланысқан электрон жұптары.
– PEB: 1 жалғыз электрон жұбы бар.
3. Молекулалық пішіндерді анықтау:
– Барлығы 3 PEI және 1 PEB болғанда, орталық атом айналасындағы электрондардың таралуы тебілуді азайтатын пішінге ие болады.
– Тиісті таралуы бар пішін - үшбұрышты пирамида.
Сонымен, NH3 молекуласының пішіні күштірек жалғыз электрон жұбының тебуіне байланысты байланыс бұрышы 109.5 градустан сәл аз, тригональды пирамида тәрізді.
3-мысал: H2O молекулаларының пішінін анықтау
Сұрақ:
VSEPR теориясын қолдана отырып, су молекуласының (H2O) пішінін анықтаңыз.
Талқылау:
1. Льюис құрылымын анықтаңыз:
– Орталық атом: O (оттегі).
– Оттегінің 6 валентті электроны бар.
– Сутегінің әрқайсысында 1 валенттілік электрон бар.
– Жалпы валенттілік электрондары = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 валенттілік электрондары.
H2O-ның Льюис құрылымы орталықта оттегінің бар екенін, екі сутегі атомының оттегі атомымен бір (сигма) байланыс түзетінін және оттегіде екі жалғыз электрон жұбын көрсететінін көрсетеді.
2. Электрон жұптарын санау:
– PEI: 2 байланыс бар, олардың барлығы байланысқан электрон жұптары.
– PEB: 2 жалғыз электрон жұбы бар.
3. Молекулалық пішіндерді анықтау:
– Барлығы 2 PEI және 2 PEB болғанда, орталық атом айналасындағы электрондардың таралуы тебілуді азайтатын пішінге ие болады.
– Тиісті үлестірімі бар пішін – иілген.
Сонымен, H2O молекуласының пішіні шамамен 104.5 градус байланыс бұрышымен иілген.
4-мысал: PCl5 молекулалық пішінін анықтау
Сұрақ:
VSEPR теориясын қолдана отырып, фосфор пентахлоридінің (PCl5) молекулалық пішінін анықтаңыз.
Талқылау:
1. Льюис құрылымын анықтаңыз:
– Орталық атом: P (фосфор).
– Фосфордың 5 валентті электроны бар.
– Хлордың әрқайсысында 7 валенттік электрон бар.
– Жалпы валенттілік электрондары = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 валенттілік электрондары.
PCl5-тің Льюис құрылымы орталықта фосфорды көрсетеді, ал бес хлор атомы фосфор атомымен жеке (сигма) байланыс түзеді. Фосфорда жалғыз электрон жұптары жоқ.
2. Электрон жұптарын санау:
– PEI: 5 байланыс бар, олардың барлығы байланысқан электрон жұптары.
– PEB: Жалғыз электрон жұптары жоқ.
3. Молекулалық пішіндерді анықтау:
– Барлығы 5 PEI және 0 PEB болғанда, орталық атом айналасындағы электрондардың таралуы тебілуді азайтатын пішінге ие болады.
– Тиісті таралуы бар пішін - үшбұрышты бипирамида.
Сонымен, PCl5 молекуласының пішіні тригональды бипирамида болып табылады, байланыс бұрыштары 90° және 120°.
5-мысал: SF6 молекулаларының пішінін анықтау
Сұрақ:
VSEPR теориясын қолдана отырып, күкірт гексафторидінің (SF6) молекулалық пішінін анықтаңыз.
Талқылау:
1. Льюис құрылымын анықтаңыз:
– Орталық атом: S (күкірт).
– Күкірттің 6 валентті электроны бар.
– Фтордың әрқайсысында 7 валенттік электрон бар.
– Жалпы валенттілік электрондары = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 валенттілік электрондары.
SF6-ның Льюис құрылымы орталықта күкірттің орналасқанын, ал алты фтор атомының күкірт атомымен бір (сигма) байланыс түзетінін көрсетеді. Күкіртте жалғыз электрон жұптары жоқ.
2. Электрон жұптарын санау:
– PEI: 6 байланыс бар, олардың барлығы байланысқан электрон жұптары.
– PEB: Жалғыз электрон жұптары жоқ.
3. Молекулалық пішіндерді анықтау:
– Барлығы 6 PEI және 0 PEB болғанда, орталық атом айналасындағы электрондардың таралуы тебілуді азайтатын пішінге ие болады.
– Тиісті таралуы бар пішін октаэдр болып табылады.
Сонымен, SF6 молекуласының пішіні октаэдрлік, байланыс бұрышы 90°.
Қорытынды
Молекулалық пішінді түсіну қосылыстың көптеген химиялық және физикалық қасиеттерін түсіндірудің кілті болып табылады. VSEPR теориясы байланыс пен жалғыз жұптарды есептеу негізінде оның геометриясын болжаудың тиімді әдісін ұсынады. Талқыланған әрбір мысалда процесс Льюис құрылымын анықтауды, электрон жұптарын есептеуді және соңында ең қолайлы молекулалық пішінді анықтауды қамтиды. Үнемі жаттығу арқылы кез келген адам молекулалық пішінді анықтау үшін VSEPR теориясын қолдануда шебер бола алады.
