Exempelfrågor som diskuterar molekylära former
Introduktion
Kemi är läran om materias beteende och de förändringar den genomgår. Ett viktigt begrepp inom kemi är att förstå molekylform. Molekylform påverkar de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos föreningar, såsom smältpunkt, kokpunkt och ångtryck. Molekylform spelar också en avgörande roll för att bestämma de kemiska reaktioner som sker i dessa föreningar. Den vanligaste teorin för att förklara molekylform är VSEPR-teorin (Valensskalelektronparrepulsion). I den här artikeln kommer vi att diskutera flera exempelproblem som involverar molekylform och hur VSEPR-teorin kan tillämpas för att lösa dem.
VSEPR-teorin
VSEPR-teorin är en teori som används för att bestämma molekylers form baserat på repulsionen av elektronpar runt den centrala atomen. Enligt denna teori kommer elektronpar att arrangera sig på ett sådant sätt att repulsionen mellan dem minimeras. Detta gör att molekylen antar en specifik, förutsägbar form. Dessa elektronpar inkluderar bindande elektronpar (BEP) och ensamma elektronpar (LOP).
Några av de molekylära formerna som produceras är vanligtvis:
1. Linjär
2. Trigonal planär
3. Tetraedrisk
4. Trigonal bipyramidal
5. Oktaedrisk
6. Böjd (böjd)
7. Gungbräda
8. T-formad
9. Kvadratisk plan
10. Fyrkantig pyramidformad
Nu ska vi titta på några exempelfrågor och deras diskussioner.
Exempelfråga 1: Bestämning av formen på CH4-molekyler
Fråga:
Bestäm den molekylära formen av metan (CH4) med hjälp av VSEPR-teorin.
Diskussion:
1. Bestäm Lewisstrukturen:
– Centralatom: C (kol)
– Kol har 4 valenselektroner.
– Väte har vardera 1 valenselektron.
– Totalt antal valenselektroner = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 valenselektroner.
Lewisstrukturen för CH4 visar ett kol i mitten med fyra väteatomer som bildar enkelbindningar (sigmabindningar) till kolatomen. Det finns inga ensamma elektronpar på kolatomen.
2. Räkning av elektronpar:
– PEI: Det finns fyra bindningar, som alla är bindande elektronpar.
– PEB: Det finns inga ensamma elektronpar.
3. Identifiera molekylära former:
– Med totalt 4 PEI och 0 PEB kommer elektronfördelningen runt den centrala atomen att anta en form som minimerar repulsion.
– Den form med den längsta spridningen är tetraedrisk.
Så formen på CH4-molekylen är tetraedrisk med en bindningsvinkel på cirka 109.5 grader.
Exempelfråga 2: Bestämning av molekylformen hos NH3
Fråga:
Bestäm den molekylära formen av ammoniak (NH3) med hjälp av VSEPR-teorin.
Diskussion:
1. Bestäm Lewisstrukturen:
– Centralatom: N (kväve).
– Kväve har 5 valenselektroner.
– Väte har vardera 1 valenselektron.
– Totalt antal valenselektroner = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 valenselektroner.
Lewisstrukturen för NH3 visar kväve i mitten med tre väteatomer som bildar enkla bindningar (sigmabindningar) med kväveatomen och ett ensamt elektronpar på kvävet.
2. Räkning av elektronpar:
– PEI: Det finns 3 bindningar, som alla är bindande elektronpar.
– PEB: Det finns ett ensamt elektronpar.
3. Identifiera molekylära former:
– Med totalt 3 PEI och 1 PEB kommer elektronfördelningen runt den centrala atomen att anta en form som minimerar repulsion.
– Formen med lämplig fördelning är trigonal pyramidal.
Så, formen på NH3-molekylen är trigonal pyramidformad med en bindningsvinkel något mindre än 109.5 grader på grund av repulsionen från det starkare ensamma elektronparet.
Exempelfråga 3: Bestämning av formen på H2O-molekyler
Fråga:
Bestäm formen på vattenmolekylen (H2O) med hjälp av VSEPR-teorin.
Diskussion:
1. Bestäm Lewisstrukturen:
– Centralatom: O (syre).
– Syre har 6 valenselektroner.
– Väte har vardera 1 valenselektron.
– Totalt antal valenselektroner = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 valenselektroner.
Lewisstrukturen för H2O visar syre i mitten med två väteatomer som bildar enkla bindningar (sigmabindningar) med syreatomen och två ensamma elektronpar på syret.
2. Räkning av elektronpar:
– PEI: Det finns 2 bindningar, som alla är bindande elektronpar.
– PEB: Det finns ett ensamt elektronpar.
3. Identifiera molekylära former:
– Med totalt 2 PEI och 2 PEB kommer elektronfördelningen runt den centrala atomen att anta en form som minimerar repulsion.
– Formen med lämplig fördelning är Böjd.
Så är H2O-molekylens form böjd med en bindningsvinkel på cirka 104.5 grader.
Exempelfråga 4: Bestämning av den molekylära formen hos PCl5
Fråga:
Bestäm den molekylära formen av fosforpentaklorid (PCl5) med hjälp av VSEPR-teorin.
Diskussion:
1. Bestäm Lewisstrukturen:
– Centralatom: P (fosfor).
– Fosfor har 5 valenselektroner.
– Klor har vardera 7 valenselektroner.
– Totalt antal valenselektroner = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 valenselektroner.
Lewisstrukturen för PCl5 visar fosfor i mitten med fem kloratomer som bildar enkelbindningar (sigmabindningar) med fosforatomen. Det finns inga ensamma elektronpar på fosforn.
2. Räkning av elektronpar:
– PEI: Det finns 5 bindningar, som alla är bindande elektronpar.
– PEB: Det finns inga ensamma elektronpar.
3. Identifiera molekylära former:
– Med totalt 5 PEI och 0 PEB kommer elektronfördelningen runt den centrala atomen att anta en form som minimerar repulsion.
– Formen med lämplig fördelning är trigonal bipyramidal.
Så formen på PCl5-molekylen är trigonal bipyramidal med bindningsvinklar på 90° och 120°.
Exempelfråga 5: Bestämning av formen på SF6-molekyler
Fråga:
Bestäm den molekylära formen av svavelhexafluorid (SF6) med hjälp av VSEPR-teorin.
Diskussion:
1. Bestäm Lewisstrukturen:
– Centralatom: S (svavel).
– Svavel har 6 valenselektroner.
– Fluor har vardera 7 valenselektroner.
– Totalt antal valenselektroner = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 valenselektroner.
Lewisstrukturen för SF6 visar svavel i mitten med sex fluoratomer som bildar enkelbindningar (sigmabindningar) med svavelatomen. Det finns inga ensamma elektronpar på svavlet.
2. Räkning av elektronpar:
– PEI: Det finns 6 bindningar, som alla är bindande elektronpar.
– PEB: Det finns inga ensamma elektronpar.
3. Identifiera molekylära former:
– Med totalt 6 PEI och 0 PEB kommer elektronfördelningen runt den centrala atomen att anta en form som minimerar repulsion.
– Formen med lämplig fördelning är oktaedrisk.
Så, SF6-molekylens form är oktaedrisk med en bindningsvinkel på 90°.
slutsats
Att förstå molekylformen är nyckeln till att förklara många av en förening's kemiska och fysikaliska egenskaper. VSEPR-teorin ger ett effektivt sätt att förutsäga dess geometri baserat på beräkningar av bindningar och ensamma par. I vart och ett av de diskuterade exemplen involverar processen att bestämma Lewis-strukturen, beräkna elektronparen och slutligen identifiera den mest lämpliga molekylformen. Med regelbunden övning kan vem som helst bli skicklig på att använda VSEPR-teorin för att bestämma molekylformen.
