Piemēru jautājumi par molekulārajām formām
Pengantar
Ķīmija ir vielas uzvedības un tajā notiekošo izmaiņu izpēte. Viens svarīgs ķīmijas jēdziens ir molekulu formas izpratne. Molekulu forma ietekmē savienojumu fizikālās un ķīmiskās īpašības, piemēram, kušanas temperatūru, viršanas temperatūru un tvaika spiedienu. Molekulu formai ir arī izšķiroša nozīme ķīmisko reakciju noteikšanā, kas notiek šajos savienojumos. Visbiežāk izmantotā teorija molekulu formas skaidrošanai ir VSEPR (valences apvalka elektronu pāru atgrūšanās) teorija. Šajā rakstā mēs apspriedīsim vairākus piemērus problēmām, kas saistītas ar molekulu formu, un to, kā VSEPR teoriju var pielietot to risināšanai.
VSEPR teorija
VSEPR teorija ir teorija, ko izmanto, lai noteiktu molekulu formu, pamatojoties uz elektronu pāru atgrūšanos ap centrālo atomu. Saskaņā ar šo teoriju elektronu pāri izkārtojas tā, lai atgrūšanās starp tiem būtu minimāla. Tas liek molekulai iegūt noteiktu, paredzamu formu. Šie elektronu pāri ietver saistošos elektronu pārus (BEP) un vientuļos elektronu pārus (LOP).
Dažas no saražotajām molekulārajām formām parasti ir:
1. Lineārs
2. Trigonāls plaknes
3. Tetraedrisks
4. Trigonālā bipiramidālā
5. Oktaedrisks
6. Saliekts (saliekts)
7. Šūpotājs
8. T-veida
9. Kvadrātveida plakne
10. Kvadrātveida piramīda
Tālāk aplūkosim dažus jautājumu piemērus un to apspriešanu.
1. piemēra jautājums: CH4 molekulu formas noteikšana
Jautājums:
Izmantojot VSEPR teoriju, nosakiet metāna (CH4) molekulas formu.
Diskusija:
1. Nosakiet Lūisa struktūru:
– Centrālais atoms: C (ogleklis)
– Oglekļa atomam ir 4 valences elektroni.
– Katram ūdeņraža atomam ir 1 valences elektrons.
– Kopējais valences elektronu skaits = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 valences elektroni.
CH4 Luisa struktūrā centrā ir oglekļa atoms ar četriem ūdeņraža atomiem, kas veido vienkāršas (sigma) saites ar oglekļa atomu. Uz oglekļa atoma nav vientuļu elektronu pāru.
2. Elektronu pāru skaitīšana:
– PEI: Ir 4 saites, kas visas ir saistošie elektronu pāri.
– PEB: Nav vientuļu elektronu pāru.
3. Molekulāro formu identificēšana:
– Ar kopumā 4 PEI un 0 PEB elektronu sadalījums ap centrālo atomu ieņems formu, kas samazina atgrūšanos.
– Forma ar vistālāko izplatību ir tetraedriska.
Tātad CH4 molekulas forma ir tetraedriska ar saites leņķi aptuveni 109.5 grādi.
2. piemēra jautājums: NH3 molekulārās formas noteikšana
Jautājums:
Izmantojot VSEPR teoriju, nosakiet amonjaka (NH3) molekulas formu.
Diskusija:
1. Nosakiet Lūisa struktūru:
– Centrālais atoms: N (slāpeklis).
– Slāpeklim ir 5 valences elektroni.
– Katram ūdeņraža atomam ir 1 valences elektrons.
– Kopējais valences elektronu skaits = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 valences elektroni.
NH3 Luisa struktūrā centrā ir slāpeklis ar trim ūdeņraža atomiem, kas veido vienkāršas (sigma) saites ar slāpekļa atomu, un vienu vientuļu elektronu pāri pie slāpekļa.
2. Elektronu pāru skaitīšana:
– PEI: Ir 3 saites, kas visas ir saistošie elektronu pāri.
– PEB: Ir 1 vientuļš elektronu pāris.
3. Molekulāro formu identificēšana:
– Ar kopumā 3 PEI un 1 PEB elektronu sadalījums ap centrālo atomu ieņems formu, kas samazina atgrūšanos.
– Forma ar atbilstošo sadalījumu ir trigonāla piramīda.
Tātad NH3 molekulas forma ir trigonāli piramīdveida ar saites leņķi nedaudz mazāku par 109.5 grādiem, pateicoties atgrūšanai no spēcīgāka vientuļā elektronu pāra.
3. piemēra jautājums: H2O molekulu formas noteikšana
Jautājums:
Nosakiet ūdens molekulas (H2O) formu, izmantojot VSEPR teoriju.
Diskusija:
1. Nosakiet Lūisa struktūru:
– Centrālais atoms: O (skābeklis).
– Skābeklim ir 6 valences elektroni.
– Katram ūdeņraža atomam ir 1 valences elektrons.
– Kopējais valences elektronu skaits = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 valences elektroni.
H₂O Luisa struktūrā centrā ir skābeklis ar diviem ūdeņraža atomiem, kas veido vienkāršas (sigma) saites ar skābekļa atomu, un diviem vientuļiem elektronu pāriem pie skābekļa.
2. Elektronu pāru skaitīšana:
– PEI: Ir 2 saites, kas visas ir saistošie elektronu pāri.
– PEB: Ir 2 vientuļš elektronu pāris.
3. Molekulāro formu identificēšana:
– Ar kopumā 2 PEI un 2 PEB elektronu sadalījums ap centrālo atomu ieņems formu, kas samazina atgrūšanos.
– Forma ar atbilstošo sadalījumu ir Bent (izliekta).
Tātad H2O molekulas forma ir saliekta ar saites leņķi aptuveni 104.5 grādi.
4. piemēra jautājums: PCl5 molekulārās formas noteikšana
Jautājums:
Izmantojot VSEPR teoriju, nosakiet fosfora pentahlorīda (PCl5) molekulas formu.
Diskusija:
1. Nosakiet Lūisa struktūru:
– Centrālais atoms: P (fosfors).
– Fosforam ir 5 valences elektroni.
– Katram hloram ir 7 valences elektroni.
– Kopējais valences elektronu skaits = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 valences elektroni.
PCl5 Luisa struktūrā centrā ir fosfors ar pieciem hlora atomiem, kas veido vienkāršas (sigma) saites ar fosfora atomu. Uz fosfora nav vientuļu elektronu pāru.
2. Elektronu pāru skaitīšana:
– PEI: Ir 5 saites, kas visas ir saistošie elektronu pāri.
– PEB: Nav vientuļu elektronu pāru.
3. Molekulāro formu identificēšana:
– Ar kopumā 5 PEI un 0 PEB elektronu sadalījums ap centrālo atomu ieņems formu, kas samazina atgrūšanos.
– Forma ar atbilstošo sadalījumu ir trigonāla bipiramidāla.
Tātad PCl5 molekulas forma ir trigonāla bipiramidāla ar saišu leņķiem 90° un 120°.
5. piemēra jautājums: SF6 molekulu formas noteikšana
Jautājums:
Izmantojot VSEPR teoriju, nosakiet sēra heksafluorīda (SF6) molekulas formu.
Diskusija:
1. Nosakiet Lūisa struktūru:
– Centrālais atoms: S (sērs).
– Sēram ir 6 valences elektroni.
– Katram fluoram ir 7 valences elektroni.
– Kopējais valences elektronu skaits = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 valences elektroni.
SF6 Luisa struktūrā centrā ir sērs ar sešiem fluora atomiem, kas veido vienkāršas (sigma) saites ar sēra atomu. Uz sēra nav vientuļu elektronu pāru.
2. Elektronu pāru skaitīšana:
– PEI: Ir 6 saites, kas visas ir saistošie elektronu pāri.
– PEB: Nav vientuļu elektronu pāru.
3. Molekulāro formu identificēšana:
– Ar kopumā 6 PEI un 0 PEB elektronu sadalījums ap centrālo atomu ieņems formu, kas samazina atgrūšanos.
– Forma ar atbilstošo sadalījumu ir oktaedriska.
Tātad SF6 molekulas forma ir oktaedriska ar saites leņķi 90°.
Secinājums
Molekulārās formas izpratne ir galvenais, lai izskaidrotu daudzas savienojuma ķīmiskās un fizikālās īpašības. VSEPR teorija nodrošina efektīvu veidu, kā paredzēt tā ģeometriju, pamatojoties uz saišu un vientuļo pāru aprēķiniem. Katrā no aplūkotajiem piemēriem process ietver Lūisa struktūras noteikšanu, elektronu pāru aprēķināšanu un visbeidzot vispiemērotākās molekulas formas identificēšanu. Regulāri praktizējoties, ikviens var apgūt prasmi VSEPR teorijas izmantošanā, lai noteiktu molekulas formu.
