Primeri vprašanj o molekularnih oblikah
Pengantar
Kemija je veda o obnašanju snovi in spremembah, ki jih ta doživlja. Pomemben koncept v kemiji je razumevanje oblike molekul. Oblika molekule vpliva na fizikalne in kemijske lastnosti spojin, kot so tališče, vrelišče in parni tlak. Oblika molekule igra ključno vlogo tudi pri določanju kemijskih reakcij, ki se dogajajo v teh spojinah. Najpogosteje uporabljena teorija za razlago oblike molekul je teorija VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion). V tem članku bomo obravnavali več primerov problemov, ki vključujejo obliko molekul, in kako lahko teorijo VSEPR uporabimo za njihovo reševanje.
Teorija VSEPR
Teorija VSEPR je teorija, ki se uporablja za določanje oblike molekul na podlagi odbijanja elektronskih parov okoli osrednjega atoma. V skladu s to teorijo se elektronski pari razporedijo tako, da je odboj med njimi čim manjši. Zaradi tega molekula prevzame specifično, predvidljivo obliko. Ti elektronski pari vključujejo vezne elektronske pare (BEP) in nepovezane elektronske pare (LOP).
Nekatere proizvedene molekularne oblike so običajno:
1. Linearno
2. Trigonalna ravnina
3. Tetraeder
4. Trigonalna bipiramidalna
5. Oktaeder
6. Upognjen (upognjen)
7. Gugalnica
8. T-oblika
9. Kvadratna ravnina
10. Kvadratna piramidalna
Nato si poglejmo nekaj primerov vprašanj in njihovih razprav.
Primer vprašanja 1: Določanje oblike molekul CH4
Vprašanje:
Določite molekularno obliko metana (CH4) z uporabo teorije VSEPR.
Razprava:
1. Določite Lewisovo strukturo:
– Osrednji atom: C (ogljik)
– Ogljik ima 4 valentne elektrone.
– Vodik ima vsak en valentni elektron.
– Skupno število valentnih elektronov = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 valentnih elektronov.
Lewisova struktura CH4 prikazuje ogljik v središču s štirimi atomi vodika, ki tvorijo enojne (sigma) vezi z atomom ogljika. Na atomu ogljika ni osamljenih elektronskih parov.
2. Štetje elektronskih parov:
– PEI: Obstajajo 4 vezi, ki so vse vezni elektronski pari.
– PEB: Ni osamljenih elektronskih parov.
3. Prepoznavanje molekularnih oblik:
– S skupno 4 PEI in 0 PEB bo porazdelitev elektronov okoli osrednjega atoma dobila obliko, ki bo zmanjšala odbojnost.
– Oblika z najbolj oddaljeno porazdelitvijo je tetraedrska.
Torej je oblika molekule CH4 tetraedrska z veznim kotom približno 109.5 stopinj.
Primer vprašanja 2: Določanje molekularne oblike NH3
Vprašanje:
Določite molekularno obliko amonijaka (NH3) z uporabo teorije VSEPR.
Razprava:
1. Določite Lewisovo strukturo:
– Osrednji atom: N (dušik).
– Dušik ima 5 valentnih elektronov.
– Vodik ima vsak en valentni elektron.
– Skupno število valentnih elektronov = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 valentnih elektronov.
Lewisova struktura NH3 prikazuje dušik v središču s tremi atomi vodika, ki tvorijo enojne (sigma) vezi z atomom dušika, in en sam par elektronov na dušiku.
2. Štetje elektronskih parov:
– PEI: Obstajajo 3 vezi, ki so vse vezni elektronski pari.
– PEB: Obstaja 1 osamljen elektronski par.
3. Prepoznavanje molekularnih oblik:
– S skupno 3 PEI in 1 PEB bo porazdelitev elektronov okoli osrednjega atoma dobila obliko, ki bo zmanjšala odbojnost.
– Oblika z ustrezno porazdelitvijo je trigonalna piramidalna.
Torej je oblika molekule NH3 trigonalno-piramidalna z veznim kotom nekoliko manjšim od 109.5 stopinj zaradi odbijanja močnejšega osamljenega elektronskega para.
Primer vprašanja 3: Določanje oblike molekul H2O
Vprašanje:
Določite obliko molekule vode (H2O) z uporabo teorije VSEPR.
Razprava:
1. Določite Lewisovo strukturo:
– Osrednji atom: O (kisik).
– Kisik ima 6 valentnih elektronov.
– Vodik ima vsak en valentni elektron.
– Skupno število valentnih elektronov = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 valentnih elektronov.
Lewisova struktura H2O prikazuje kisik v središču z dvema atomoma vodika, ki tvorita enojne (sigma) vezi z atomom kisika, in dva nepovezana elektronska para na kisiku.
2. Štetje elektronskih parov:
– PEI: Obstajajo 2 vezi, ki so vse vezni elektronski pari.
– PEB: Obstaja 2 osamljen elektronski par.
3. Prepoznavanje molekularnih oblik:
– S skupno 2 PEI in 2 PEB bo porazdelitev elektronov okoli osrednjega atoma dobila obliko, ki bo zmanjšala odbojnost.
– Oblika z ustrezno porazdelitvijo je upognjena.
Torej je oblika molekule H2O upognjena z veznim kotom približno 104.5 stopinj.
Primer vprašanja 4: Določanje molekularne oblike PCl5
Vprašanje:
Določite molekularno obliko fosforjevega pentaklorida (PCl5) z uporabo teorije VSEPR.
Razprava:
1. Določite Lewisovo strukturo:
– Osrednji atom: P (fosfor).
– Fosfor ima 5 valentnih elektronov.
– Klor ima vsak 7 valentnih elektronov.
– Skupno število valentnih elektronov = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 valentnih elektronov.
Lewisova struktura PCl5 prikazuje fosfor v središču s petimi atomi klora, ki tvorijo enojne (sigma) vezi z atomom fosforja. Na fosforju ni osamljenih elektronskih parov.
2. Štetje elektronskih parov:
– PEI: Obstajajo 5 vezi, ki so vse vezni elektronski pari.
– PEB: Ni osamljenih elektronskih parov.
3. Prepoznavanje molekularnih oblik:
– S skupno 5 PEI in 0 PEB bo porazdelitev elektronov okoli osrednjega atoma dobila obliko, ki bo zmanjšala odbojnost.
– Oblika z ustrezno porazdelitvijo je trigonalna bipiramidalna.
Torej je oblika molekule PCl5 trigonalna bipiramidalna z veznimi koti 90° in 120°.
Primer vprašanja 5: Določanje oblike molekul SF6
Vprašanje:
Določite molekularno obliko žveplovega heksafluorida (SF6) z uporabo teorije VSEPR.
Razprava:
1. Določite Lewisovo strukturo:
– Osrednji atom: S (žveplo).
– Žveplo ima 6 valentnih elektronov.
– Fluor ima vsak 7 valentnih elektronov.
– Skupno število valentnih elektronov = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 valentnih elektronov.
Lewisova struktura SF6 prikazuje žveplo v središču s šestimi atomi fluora, ki tvorijo enojne (sigma) vezi z atomom žvepla. Na žveplu ni osamljenih elektronskih parov.
2. Štetje elektronskih parov:
– PEI: Obstajajo 6 vezi, ki so vse vezni elektronski pari.
– PEB: Ni osamljenih elektronskih parov.
3. Prepoznavanje molekularnih oblik:
– S skupno 6 PEI in 0 PEB bo porazdelitev elektronov okoli osrednjega atoma dobila obliko, ki bo zmanjšala odbojnost.
– Oblika z ustrezno porazdelitvijo je oktaedrična.
Torej je oblika molekule SF6 oktaedrska z veznim kotom 90°.
Zaključek
Razumevanje oblike molekule je ključnega pomena za razlago številnih kemijskih in fizikalnih lastnosti spojine. Teorija VSEPR ponuja učinkovit način za napovedovanje njene geometrije na podlagi izračunov veznih in nepovezanih parov. V vsakem od obravnavanih primerov postopek vključuje določanje Lewisove strukture, izračun elektronskih parov in končno identifikacijo najprimernejše oblike molekule. Z redno prakso se lahko vsakdo izuri v uporabi teorije VSEPR za določanje oblike molekule.
