Pavyzdiniai klausimai apie molekulines formas
Pengantaras
Chemija – tai mokslas apie materijos elgseną ir jos pokyčius. Viena svarbi chemijos sąvoka yra molekulinės formos supratimas. Molekulinė forma įtakoja junginių fizikines ir chemines savybes, tokias kaip lydymosi temperatūra, virimo temperatūra ir garų slėgis. Molekulinė forma taip pat vaidina lemiamą vaidmenį nustatant chemines reakcijas, vykstančias tuose junginiuose. Dažniausiai naudojama teorija molekulinei formai paaiškinti yra VSEPR (valentinės plėvelės elektronų porų stūmos) teorija. Šiame straipsnyje aptarsime keletą pavyzdžių, susijusių su molekuline forma, ir kaip VSEPR teorija gali būti taikoma joms spręsti.
VSEPR teorija
VSEPR teorija yra teorija, naudojama molekulių formai nustatyti remiantis elektronų porų stūma aplink centrinį atomą. Pagal šią teoriją elektronų poros išsidėstys taip, kad stūma tarp jų būtų kuo mažesnė. Dėl to molekulė įgauna specifinę, nuspėjamą formą. Šios elektronų poros apima jungiamąsias elektronų poras (BEP) ir vienišąsias elektronų poras (LOP).
Kai kurios iš susidarančių molekulinių formų paprastai yra:
1. Linijinis
2. Trigonal Planar
3. Tetraedras
4. Trigonalinis bipiramidinis
5. Aštuonkampis
6. Išlenktas (sulenktas)
7. Pjūklas
8. T formos
9. Kvadratinė plokštuma
10. Kvadratinė piramidė
Toliau panagrinėkime keletą klausimų pavyzdžių ir jų aptarimus.
1 pavyzdžio klausimas: CH4 molekulių formos nustatymas
Klausimas:
Nustatykite metano (CH4) molekulės formą, naudodami VSEPR teoriją.
Diskusija:
1. Nustatykite Lewiso struktūrą:
– Centrinis atomas: C (anglis)
– Anglies atomas turi 4 valentingumo elektronus.
– Kiekvienas vandenilio atomas turi 1 valentingumo elektroną.
– Bendras valentinių elektronų skaičius = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 valentinių elektronų.
CH₄₂ junginio Lewiso struktūroje centre yra anglies atomas, o keturi vandenilio atomai sudaro viengubas (sigma) jungtis su anglies atomu. Anglies atome nėra vienišų elektronų porų.
2. Elektronų porų skaičiavimas:
– PEI: Yra 4 jungtys, kurios visos yra jungiančios elektronų poros.
– PEB: Nėra vienišų elektronų porų.
3. Molekulinių formų atpažinimas:
– Esant iš viso 4 PEI ir 0 PEB, elektronų pasiskirstymas aplink centrinį atomą įgaus formą, kuri sumažins stūmą.
– Toliausiai pasiskirstiusi forma yra tetraedrinė.
Taigi, CH4 molekulės forma yra tetraedrinė, o jungties kampas yra apie 109.5 laipsnio.
2 pavyzdžio klausimas: NH3 molekulinės formos nustatymas
Klausimas:
Nustatykite amoniako (NH3) molekulinę formą, naudodami VSEPR teoriją.
Diskusija:
1. Nustatykite Lewiso struktūrą:
– Centrinis atomas: N (azotas).
– Azotas turi 5 valentingumo elektronus.
– Kiekvienas vandenilio atomas turi 1 valentingumo elektroną.
– Bendras valentinių elektronų skaičius = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 valentinių elektronų.
NH3 Lewiso struktūroje centre yra azotas, o trys vandenilio atomai sudaro viengubas (sigma) jungtis su azoto atomu ir vieną vienišą elektronų porą prie azoto.
2. Elektronų porų skaičiavimas:
– PEI: Yra 3 jungtys, kurios visos yra jungiančios elektronų poros.
– PEB: Yra 1 vieniša elektronų pora.
3. Molekulinių formų atpažinimas:
– Esant iš viso 3 PEI ir 1 PEB, elektronų pasiskirstymas aplink centrinį atomą įgaus formą, kuri sumažins stūmą.
– Forma su tinkamu pasiskirstymu yra trigoninė piramidė.
Taigi, NH3 molekulės forma yra trigoninė piramidės formos, o jungties kampas yra šiek tiek mažesnis nei 109.5 laipsnio dėl stūmos nuo stipresnės vienišų elektronų poros.
3 pavyzdžio klausimas: H₂O molekulių formos nustatymas
Klausimas:
Naudodami VSEPR teoriją, nustatykite vandens molekulės (H₂O) formą.
Diskusija:
1. Nustatykite Lewiso struktūrą:
– Centrinis atomas: O (deguonis).
– Deguonis turi 6 valentingumo elektronus.
– Kiekvienas vandenilio atomas turi 1 valentingumo elektroną.
– Bendras valentinių elektronų skaičius = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 valentinių elektronų.
H₂O Lewiso struktūroje centre yra deguonis, du vandenilio atomai sudaro viengubas (sigma) jungtis su deguonies atomu, o prie deguonies – dvi viengubos elektronų poros.
2. Elektronų porų skaičiavimas:
– PEI: Yra 2 jungtys, kurios visos yra jungiančios elektronų poros.
– PEB: Yra 2 vieniša elektronų pora.
3. Molekulinių formų atpažinimas:
– Esant iš viso 2 PEI ir 2 PEB, elektronų pasiskirstymas aplink centrinį atomą įgaus formą, kuri sumažins stūmą.
– Forma su tinkamu pasiskirstymu yra „Bent“.
Taigi, H2O molekulės forma yra sulenkta maždaug 104.5 laipsnio jungties kampu.
4 pavyzdžio klausimas: PCl5 molekulinės formos nustatymas
Klausimas:
Nustatykite fosforo pentachlorido (PCl5) molekulinę formą, naudodami VSEPR teoriją.
Diskusija:
1. Nustatykite Lewiso struktūrą:
– Centrinis atomas: P (fosforas).
– Fosforas turi 5 valentingumo elektronus.
– Kiekvienas chloras turi 7 valentingumo elektronus.
– Bendras valentinių elektronų skaičius = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 valentinių elektronų.
PCl₂₂ junginio Lewiso struktūroje centre yra fosforas, o penki chloro atomai sudaro viengubas (sigma) jungtis su fosforo atomu. Ant fosforo nėra vienišų elektronų porų.
2. Elektronų porų skaičiavimas:
– PEI: Yra 5 jungtys, kurios visos yra jungiančios elektronų poros.
– PEB: Nėra vienišų elektronų porų.
3. Molekulinių formų atpažinimas:
– Esant iš viso 5 PEI ir 0 PEB, elektronų pasiskirstymas aplink centrinį atomą įgaus formą, kuri sumažins stūmą.
– Forma su tinkamu pasiskirstymu yra trigoninė bipiramidė.
Taigi, PCl5 molekulės forma yra trigoninė bipiramidinė, o jungčių kampai yra 90° ir 120°.
5 pavyzdžio klausimas: SF6 molekulių formos nustatymas
Klausimas:
Nustatykite sieros heksafluorido (SF6) molekulinę formą, naudodami VSEPR teoriją.
Diskusija:
1. Nustatykite Lewiso struktūrą:
– Centrinis atomas: S (siera).
– Siera turi 6 valentingumo elektronus.
– Kiekvienas fluoras turi 7 valentingumo elektronus.
– Bendras valentinių elektronų skaičius = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 valentinių elektronų.
SF6 Lewiso struktūroje centre yra siera, o šeši fluoro atomai sudaro viengubas (sigma) jungtis su sieros atomu. Ant sieros nėra vienišų elektronų porų.
2. Elektronų porų skaičiavimas:
– PEI: Yra 6 jungtys, kurios visos yra jungiančios elektronų poros.
– PEB: Nėra vienišų elektronų porų.
3. Molekulinių formų atpažinimas:
– Esant iš viso 6 PEI ir 0 PEB, elektronų pasiskirstymas aplink centrinį atomą įgaus formą, kuri sumažins stūmą.
– Forma su atitinkamu pasiskirstymu yra oktaedrinė.
Taigi, SF6 molekulės forma yra oktaedrinė, o jungties kampas yra 90°.
Išvada
Molekulinės formos supratimas yra labai svarbus norint paaiškinti daugelį junginio cheminių ir fizinių savybių. VSEPR teorija suteikia veiksmingą būdą numatyti jo geometriją, remiantis ryšių ir vienišų porų skaičiavimais. Kiekviename iš aptartų pavyzdžių procesas apima Lewiso struktūros nustatymą, elektronų porų apskaičiavimą ir galiausiai tinkamiausios molekulės formos nustatymą. Reguliariai praktikuodamasis, kiekvienas gali įgyti įgūdžių, taikydamas VSEPR teoriją molekulės formai nustatyti.
