Eksempelspørsmål som diskuterer molekylære former
Pengantar
Kjemi er studiet av materies oppførsel og endringene den gjennomgår. Et viktig konsept innen kjemi er å forstå molekylær form. Molekylform påvirker de fysiske og kjemiske egenskapene til forbindelser, som smeltepunkt, kokepunkt og damptrykk. Molekylform spiller også en avgjørende rolle i å bestemme de kjemiske reaksjonene som oppstår i disse forbindelsene. Den mest brukte teorien for å forklare molekylær form er VSEPR-teorien (Valence Shell Electron Pair Repulsion). I denne artikkelen vil vi diskutere flere eksempler på problemer som involverer molekylær form og hvordan VSEPR-teorien kan brukes til å løse dem.
VSEPR-teori
VSEPR-teorien er en teori som brukes til å bestemme formen på molekyler basert på frastøtingen av elektronpar rundt det sentrale atomet. I følge denne teorien vil elektronpar ordne seg på en slik måte at frastøtingen mellom dem minimeres. Dette fører til at molekylet antar en spesifikk, forutsigbar form. Disse elektronparene inkluderer bindingselektronpar (BEP-er) og ensomme elektronpar (LOP-er).
Noen av de molekylære formene som produseres er vanligvis:
1. Lineær
2. Trigonal planar
3. Tetraedrisk
4. Trigonal bipyramidal
5. Oktaedrisk
6. Bøyd (bøyd)
7. Vippe
8. T-formet
9. Kvadratisk plan
10. Firkantet pyramideformet
La oss deretter se på noen eksempelspørsmål og diskusjonene av dem.
Eksempelspørsmål 1: Bestemmelse av formen på CH4-molekyler
Spørsmål:
Bestem den molekylære formen til metan (CH4) ved hjelp av VSEPR-teorien.
Diskusjon:
1. Bestem Lewis-strukturen:
– Sentralatom: C (karbon)
– Karbon har 4 valenselektroner.
– Hydrogen har hvert ett valenselektron.
– Totalt antall valenselektroner = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 valenselektroner.
Lewis-strukturen til CH4 viser et karbonatom i midten med fire hydrogenatomer som danner enkeltbindinger (sigmabindinger) til karbonatomet. Det er ingen ensomme elektronpar på karbonatomet.
2. Telle elektronpar:
– PEI: Det er 4 bindinger, som alle er bindingselektronpar.
– PEB: Det finnes ingen ensomme elektronpar.
3. Identifisering av molekylære former:
– Med totalt 4 PEI og 0 PEB vil elektronfordelingen rundt det sentrale atomet ha en form som minimerer frastøting.
– Formen med den lengste utbredelsen er tetraedrisk.
Så formen på CH4-molekylet er tetraedrisk med en bindingsvinkel på omtrent 109.5 grader.
Eksempelspørsmål 2: Bestemmelse av molekylformen til NH3
Spørsmål:
Bestem den molekylære formen til ammoniakk (NH3) ved hjelp av VSEPR-teorien.
Diskusjon:
1. Bestem Lewis-strukturen:
– Sentralatom: N (nitrogen).
– Nitrogen har 5 valenselektroner.
– Hydrogen har hvert ett valenselektron.
– Totalt antall valenselektroner = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 valenselektroner.
Lewis-strukturen til NH3 viser nitrogen i midten med tre hydrogenatomer som danner enkeltbindinger (sigmabindinger) med nitrogenatomet og ett ensomt elektronpar på nitrogenet.
2. Telle elektronpar:
– PEI: Det er 3 bindinger, som alle er bindingselektronpar.
– PEB: Det er ett enslig elektronpar.
3. Identifisering av molekylære former:
– Med totalt 3 PEI og 1 PEB vil elektronfordelingen rundt det sentrale atomet ha en form som minimerer frastøting.
– Formen med riktig fordeling er trigonal pyramideformet.
Så formen på NH3-molekylet er trigonal pyramideformet med en bindingsvinkel litt mindre enn 109.5 grader på grunn av frastøtningen fra det sterkere ensomme elektronparet.
Eksempelspørsmål 3: Bestemmelse av formen på H2O-molekyler
Spørsmål:
Bestem formen på vannmolekylet (H2O) ved hjelp av VSEPR-teorien.
Diskusjon:
1. Bestem Lewis-strukturen:
– Sentralt atom: O (oksygen).
– Oksygen har 6 valenselektroner.
– Hydrogen har hvert ett valenselektron.
– Totalt antall valenselektroner = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 valenselektroner.
Lewis-strukturen til H2O viser oksygen i sentrum med to hydrogenatomer som danner enkeltbindinger (sigmabindinger) med oksygenatomet og to ensomme elektronpar på oksygenet.
2. Telle elektronpar:
– PEI: Det er 2 bindinger, som alle er bindingselektronpar.
– PEB: Det er ett enslig elektronpar.
3. Identifisering av molekylære former:
– Med totalt 2 PEI og 2 PEB vil elektronfordelingen rundt det sentrale atomet ha en form som minimerer frastøting.
– Formen med riktig fordeling er Bøyd.
Så er formen på H2O-molekylet bøyd med en bindingsvinkel på omtrent 104.5 grader.
Eksempelspørsmål 4: Bestemmelse av molekylformen til PCl5
Spørsmål:
Bestem den molekylære formen til fosforpentaklorid (PCl5) ved hjelp av VSEPR-teori.
Diskusjon:
1. Bestem Lewis-strukturen:
– Sentralt atom: P (fosfor).
– Fosfor har 5 valenselektroner.
– Klor har hver 7 valenselektroner.
– Totalt antall valenselektroner = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 valenselektroner.
Lewis-strukturen til PCl5 viser fosfor i midten med fem kloratomer som danner enkeltbindinger (sigmabindinger) med fosforatomet. Det er ingen ensomme elektronpar på fosforet.
2. Telle elektronpar:
– PEI: Det er 5 bindinger, som alle er bindingselektronpar.
– PEB: Det finnes ingen ensomme elektronpar.
3. Identifisering av molekylære former:
– Med totalt 5 PEI og 0 PEB vil elektronfordelingen rundt det sentrale atomet ha en form som minimerer frastøting.
– Formen med passende fordeling er trigonal bipyramidal.
Så formen på PCl5-molekylet er trigonal bipyramidal med bindingsvinkler på 90° og 120°.
Eksempelspørsmål 5: Bestemmelse av formen til SF6-molekyler
Spørsmål:
Bestem den molekylære formen til svovelheksafluorid (SF6) ved hjelp av VSEPR-teori.
Diskusjon:
1. Bestem Lewis-strukturen:
– Sentralatom: S (svovel).
– Svovel har 6 valenselektroner.
– Fluor har hver 7 valenselektroner.
– Totalt antall valenselektroner = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 valenselektroner.
Lewis-strukturen til SF6 viser svovel i midten med seks fluoratomer som danner enkeltbindinger (sigmabindinger) med svovelatomet. Det er ingen ensomme elektronpar på svovelet.
2. Telle elektronpar:
– PEI: Det er 6 bindinger, som alle er bindingselektronpar.
– PEB: Det finnes ingen ensomme elektronpar.
3. Identifisering av molekylære former:
– Med totalt 6 PEI og 0 PEB vil elektronfordelingen rundt det sentrale atomet ha en form som minimerer frastøting.
– Formen med riktig fordeling er oktaedrisk.
Så formen på SF6-molekylet er oktaedrisk med en bindingsvinkel på 90°.
Konklusjon
Å forstå molekylformen er nøkkelen til å forklare mange av en forbindelses kjemiske og fysiske egenskaper. VSEPR-teorien gir en effektiv måte å forutsi geometrien basert på beregninger av bindinger og ensomme par. I hvert av eksemplene som er diskutert, innebærer prosessen å bestemme Lewis-strukturen, beregne elektronparene og til slutt identifisere den mest passende molekylformen. Med regelmessig øvelse kan hvem som helst bli dyktig i å bruke VSEPR-teorien for å bestemme molekylformen.
