Молекулын хэлбэрийг хэлэлцэх жишээ асуултууд
Пенгантар
Хими бол бодисын зан төлөв болон түүнд гарч буй өөрчлөлтийг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Химийн нэг чухал ойлголт бол молекулын хэлбэрийг ойлгох явдал юм. Молекулын хэлбэр нь нэгдлүүдийн хайлах цэг, буцлах цэг, уурын даралт зэрэг физик болон химийн шинж чанарт нөлөөлдөг. Молекулын хэлбэр нь эдгээр нэгдлүүдэд явагддаг химийн урвалыг тодорхойлоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Молекулын хэлбэрийг тайлбарлахад хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг онол бол VSEPR (Валентын бүрхүүлийн электрон хосын түлхэлт) онол юм. Энэ нийтлэлд бид молекулын хэлбэртэй холбоотой хэд хэдэн жишээ асуудлууд болон тэдгээрийг шийдвэрлэхэд VSEPR онолыг хэрхэн ашиглаж болохыг авч үзэх болно.
VSEPR онол
VSEPR онол нь төв атомын эргэн тойрон дахь электрон хосын түлхэлтэд үндэслэн молекулуудын хэлбэрийг тодорхойлоход ашигладаг онол юм. Энэ онолын дагуу электрон хосууд хоорондоо түлхэлтийг хамгийн бага байлгах байдлаар өөрсдийгөө байрлуулна. Энэ нь молекулыг тодорхой, урьдчилан таамаглах боломжтой хэлбэрт оруулдаг. Эдгээр электрон хосуудад холболтын электрон хос (BEP) болон дан электрон хос (LOP) орно.
Үйлдвэрлэсэн молекулын зарим хэлбэрүүд нь ихэвчлэн:
1. Шугаман
2. Гурвалжин хавтгай
3. Тетраэдр
4. Гурвалсан хоёр талт пирамид
5. Найман өнцөгт
6. Нугалж (нугалж)
7. Хараа хөрөө
8. Т хэлбэртэй
9. Дөрвөлжин хавтгай
10. Дөрвөлжин пирамид
Дараа нь, зарим жишээ асуултууд болон тэдгээрийн хэлэлцүүлгийг авч үзье.
Жишээ асуулт 1: CH4 молекулын хэлбэрийг тодорхойлох
Асуулт:
VSEPR онолыг ашиглан метаны (CH4) молекулын хэлбэрийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
1. Льюисийн бүтцийг тодорхойлно уу:
– Төвийн атом: C (нүүрстөрөгч)
- Нүүрстөрөгч нь 4 валентын электронтой.
– Устөрөгч тус бүр 1 валентын электронтой.
– Нийт валентийн электронууд = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 валентийн электронууд.
CH4-ийн Льюисийн бүтэц нь төвд нь нүүрстөрөгч байгааг харуулж байгаа бөгөөд нүүрстөрөгчийн атомтай дан (сигма) холбоо үүсгэдэг дөрвөн устөрөгчийн атом байна. Нүүрстөрөгчийн атом дээр дан электрон хос байхгүй.
2. Электрон хосыг тоолох нь:
– PEI: 4 холбоо байдаг бөгөөд эдгээр нь бүгд электрон хосын холбоо юм.
– PEB: Ганц электрон хос гэж байдаггүй.
3. Молекулын хэлбэрийг тодорхойлох нь:
– Нийт 4 PEI болон 0 PEB-тэй үед төв атомын эргэн тойрон дахь электроны тархалт нь түлхэлтийг хамгийн бага байлгах хэлбэртэй болно.
– Хамгийн хол тархалттай хэлбэр нь Тетраэдр юм.
Тиймээс CH4 молекулын хэлбэр нь тетраэдр хэлбэртэй бөгөөд холболтын өнцөг нь ойролцоогоор 109.5 градус байна.
Жишээ асуулт 2: NH3-ийн молекулын хэлбэрийг тодорхойлох
Асуулт:
VSEPR онолыг ашиглан аммиакийн (NH3) молекулын хэлбэрийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
1. Льюисийн бүтцийг тодорхойлно уу:
– Төвийн атом: N (азот).
– Азот нь 5 валентийн электронтой.
– Устөрөгч тус бүр 1 валентын электронтой.
– Нийт валентийн электронууд = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 валентийн электронууд.
NH3-ийн Льюисийн бүтэц нь төвд нь азот байгааг харуулж байгаа бөгөөд гурван устөрөгчийн атом нь азотын атомтай дан (сигма) холбоо үүсгэж, азот дээр нэг хос электрон байгааг харуулж байна.
2. Электрон хосыг тоолох нь:
– PEI: 3 холбоо байдаг бөгөөд эдгээр нь бүгд электрон хосын холбоо юм.
– PEB: Ганц электрон хос байна.
3. Молекулын хэлбэрийг тодорхойлох нь:
– Нийт 3 PEI болон 1 PEB-тэй үед төв атомын эргэн тойрон дахь электроны тархалт нь түлхэлтийг хамгийн бага байлгах хэлбэртэй болно.
– Зохих тархалттай хэлбэр нь гурвалжин пирамид юм.
Тиймээс NH3 молекулын хэлбэр нь гурвалжин пирамид хэлбэртэй бөгөөд илүү хүчтэй дан электрон хосын түлхэлтийн улмаас холболтын өнцөг нь 109.5 градусаас арай бага байна.
Жишээ асуулт 3: H2O молекулуудын хэлбэрийг тодорхойлох
Асуулт:
VSEPR онолыг ашиглан усны молекулын (H2O) хэлбэрийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
1. Льюисийн бүтцийг тодорхойлно уу:
– Төвийн атом: O (хүчилтөрөгч).
– Хүчилтөрөгч нь 6 валентийн электронтой.
– Устөрөгч тус бүр 1 валентын электронтой.
– Нийт валентийн электронууд = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 валентийн электронууд.
H2O-ийн Льюисийн бүтэц нь төвд нь хүчилтөрөгч, хоёр устөрөгчийн атом нь хүчилтөрөгчийн атомтай дан (сигма) холбоо үүсгэдэг ба хүчилтөрөгч дээр хоёр дан хос электрон байгааг харуулж байна.
2. Электрон хосыг тоолох нь:
– PEI: 2 холбоо байдаг бөгөөд эдгээр нь бүгд электрон хосын холбоо юм.
– PEB: Ганц электрон хос байна.
3. Молекулын хэлбэрийг тодорхойлох нь:
– Нийт 2 PEI болон 2 PEB-тэй үед төв атомын эргэн тойрон дахь электроны тархалт нь түлхэлтийг хамгийн бага байлгах хэлбэртэй болно.
– Тохирох тархалттай дүрс нь Нугалан байна.
Тиймээс H2O молекулын хэлбэр нь ойролцоогоор 104.5 градусын холболтын өнцөгтэй нугалсан байна.
Жишээ асуулт 4: PCl5-ийн молекулын хэлбэрийг тодорхойлох
Асуулт:
VSEPR онолыг ашиглан фосфор пентахлоридын (PCl5) молекул хэлбэрийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
1. Льюисийн бүтцийг тодорхойлно уу:
– Төв атом: P (фосфор).
– Фосфор нь 5 валентын электронтой.
– Хлор тус бүр 7 валентын электронтой.
– Нийт валентийн электронууд = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 валентийн электронууд.
PCl5-ийн Льюисийн бүтэц нь төвд нь фосфор байгааг харуулж байгаа бөгөөд таван хлорын атом нь фосфорын атомтай дан (сигма) холбоо үүсгэдэг. Фосфор дээр дан электрон хос байхгүй.
2. Электрон хосыг тоолох нь:
– PEI: 5 холбоо байдаг бөгөөд эдгээр нь бүгд электрон хосын холбоо юм.
– PEB: Ганц электрон хос гэж байдаггүй.
3. Молекулын хэлбэрийг тодорхойлох нь:
– Нийт 5 PEI болон 0 PEB-тэй үед төв атомын эргэн тойрон дахь электроны тархалт нь түлхэлтийг хамгийн бага байлгах хэлбэртэй болно.
– Зохих тархалттай хэлбэр нь гурвалжин хоёр пирамид юм.
Тиймээс PCl5 молекулын хэлбэр нь 90° ба 120° холболтын өнцөгтэй гурвалсан бипирамид юм.
Жишээ асуулт 5: SF6 молекулын хэлбэрийг тодорхойлох
Асуулт:
VSEPR онолыг ашиглан хүхрийн гексафторидын (SF6) молекулын хэлбэрийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
1. Льюисийн бүтцийг тодорхойлно уу:
– Төвийн атом: S (хүхэр).
– Хүхэр нь 6 валентын электронтой.
– Фтор тус бүр нь 7 валентын электронтой.
– Нийт валентийн электронууд = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 валентийн электронууд.
SF6-ийн Льюисийн бүтэц нь төв хэсэгт хүхэр, зургаан фторын атом нь хүхрийн атомтай дан (сигма) холбоо үүсгэдэг болохыг харуулж байна. Хүхэр дээр дан электрон хос байхгүй.
2. Электрон хосыг тоолох нь:
– PEI: 6 холбоо байдаг бөгөөд эдгээр нь бүгд электрон хосын холбоо юм.
– PEB: Ганц электрон хос гэж байдаггүй.
3. Молекулын хэлбэрийг тодорхойлох нь:
– Нийт 6 PEI болон 0 PEB-тэй үед төв атомын эргэн тойрон дахь электроны тархалт нь түлхэлтийг хамгийн бага байлгах хэлбэртэй болно.
– Зохих тархалттай хэлбэр нь октаэдр юм.
Тиймээс SF6 молекулын хэлбэр нь октаэдр бөгөөд холболтын өнцөг нь 90° байна.
Дүгнэлт
Молекулын хэлбэрийг ойлгох нь нэгдлийн олон химийн болон физик шинж чанарыг тайлбарлахад гол түлхүүр юм. VSEPR онол нь холбоо болон ганц хосын тооцоололд үндэслэн түүний геометрийг урьдчилан таамаглах үр дүнтэй аргыг олгодог. Хэлэлцсэн жишээ бүрт энэ үйл явц нь Льюисийн бүтцийг тодорхойлох, электрон хосыг тооцоолох, эцэст нь хамгийн тохиромжтой молекулын хэлбэрийг тодорхойлох зэрэг орно. Тогтмол дадлага хийснээр хэн ч VSEPR онолыг ашиглан молекулын хэлбэрийг тодорхойлох чадвартай болж чадна.
