Намунаҳои саволҳо дар бораи шаклҳои молекулавӣ
Пенгантар
Химия омӯзиши рафтори модда ва тағйироте мебошад, ки он аз сар мегузаронад. Яке аз мафҳумҳои муҳим дар химия фаҳмидани шакли молекулавӣ мебошад. Шакли молекулавӣ ба хосиятҳои физикӣ ва химиявии пайвастагиҳо, ба монанди нуқтаи обшавӣ, нуқтаи ҷӯшиш ва фишори буғ таъсир мерасонад. Шакли молекулавӣ инчунин дар муайян кардани реаксияҳои кимиёвӣ, ки дар ин пайвастагиҳо ба амал меоянд, нақши муҳим мебозад. Назарияи маъмултарин барои шарҳ додани шакли молекулавӣ назарияи VSEPR (Даъвати ҷуфти электронии қабати валентӣ) мебошад. Дар ин мақола, мо якчанд мисолҳои марбут ба шакли молекулавӣ ва чӣ гуна татбиқи назарияи VSEPR-ро барои ҳалли онҳо баррасӣ хоҳем кард.
Назарияи VSEPR
Назарияи VSEPR назарияест, ки барои муайян кардани шакли молекулаҳо дар асоси тела додани ҷуфтҳои электрон дар атрофи атоми марказӣ истифода мешавад. Мувофиқи ин назария, ҷуфтҳои электрон худро тавре ҷойгир мекунанд, ки тела додани байни онҳо ба ҳадди ақалл кам карда шавад. Ин боис мешавад, ки молекула шакли мушаххас ва пешгӯишавандаро ба даст орад. Ин ҷуфтҳои электрон ҷуфтҳои электронии пайвасткунанда (BEP) ва ҷуфтҳои электронии танҳо (LOP)-ро дар бар мегиранд.
Баъзе аз шаклҳои молекулавии истеҳсолшуда одатан инҳоянд:
1. Хаттӣ
2. Ҳамвории сегона
3. Тетраэдрӣ
4. Бипирамидаи сегона
5. Ҳаштсадра
6. Хамида (хамида)
7. Дидашуда
8. Шакли Т
9. Ҳамвори чоркунҷа
10. Пирамидаи чоркунҷа
Сипас, биёед баъзе саволҳои намунавӣ ва муҳокимаҳои онҳоро дида бароем.
Намунаи саволи 1: Муайян кардани шакли молекулаҳои CH4
Савол:
Шакли молекулавии метан (CH4)-ро бо истифода аз назарияи VSEPR муайян кунед.
Муҳокима:
1. Сохтори Люисро муайян кунед:
– Атомҳои марказӣ: C (карбон)
– Карбон 4 электрони валентӣ дорад.
– Ҳар як гидроген 1 электрони валентӣ дорад.
– Шумораи умумии электронҳои валентӣ = 4 (C) + 4 x 1 (H) = 8 электронҳои валентӣ.
Сохтори Льюис дар CH4 карбонеро дар марказ бо чор атоми гидроген нишон медиҳад, ки бо атоми карбон пайвандҳои ягона (сигма) ташкил медиҳанд. Дар атоми карбон ҷуфтҳои электронҳои ягона вуҷуд надоранд.
2. Шумурдани ҷуфтҳои электрон:
– PEI: 4 пайванд мавҷуд аст, ки ҳамаи онҳо ҷуфтҳои электронии пайвасткунанда мебошанд.
– PEB: Ҷуфтҳои электронии ягона вуҷуд надоранд.
3. Муайян кардани шаклҳои молекулавӣ:
– Бо дар маҷмӯъ 4 PEI ва 0 PEB, тақсимоти электронҳо дар атрофи атоми марказӣ шакле хоҳад дошт, ки тела доданро ба ҳадди ақалл мерасонад.
– Шакл бо паҳншавии дуртарин тетраэдрӣ мебошад.
Пас, шакли молекулаи CH4 тетраэдрӣ буда, кунҷи пайванд тақрибан 109.5 дараҷа аст.
Намунаи саволи 2: Муайян кардани шакли молекулавии NH3
Савол:
Шакли молекулавии аммиак (NH3)-ро бо истифода аз назарияи VSEPR муайян кунед.
Муҳокима:
1. Сохтори Люисро муайян кунед:
– Атомҳои марказӣ: N (нитроген).
– Нитроген 5 электрони валентӣ дорад.
– Ҳар як гидроген 1 электрони валентӣ дорад.
– Шумораи умумии электронҳои валентӣ = 5 (N) + 3 x 1 (H) = 8 электронҳои валентӣ.
Сохтори Льюис дар NH3 нитрогенро дар марказ бо се атоми гидроген нишон медиҳад, ки бо атоми нитроген пайвандҳои ягона (сигма) ва як ҷуфт электронҳои ягона дар нитроген ташкил медиҳанд.
2. Шумурдани ҷуфтҳои электрон:
– PEI: Се пайванд мавҷуд аст, ки ҳамаи онҳо ҷуфтҳои электронии пайвасткунанда мебошанд.
– PEB: Як ҷуфт электронии ягона мавҷуд аст.
3. Муайян кардани шаклҳои молекулавӣ:
– Бо дар маҷмӯъ 3 PEI ва 1 PEB, тақсимоти электронҳо дар атрофи атоми марказӣ шакле хоҳад дошт, ки тела доданро ба ҳадди ақалл мерасонад.
– Шакл бо тақсимоти мувофиқ пирамидаи секунҷа аст.
Пас, шакли молекулаи NH3 пирамидашакли тригоналӣ бо кунҷи пайванд каме камтар аз 109.5 дараҷа аст, ки аз сабаби тела додани ҷуфти электронии қавитар мебошад.
Намунаи саволи 3: Муайян кардани шакли молекулаҳои H2O
Савол:
Шакли молекулаи обро (H2O) бо истифода аз назарияи VSEPR муайян кунед.
Муҳокима:
1. Сохтори Люисро муайян кунед:
– Атомҳои марказӣ: O (оксиген).
– Оксиген 6 электрони валентӣ дорад.
– Ҳар як гидроген 1 электрони валентӣ дорад.
– Шумораи умумии электронҳои валентӣ = 6 (O) + 2 x 1 (H) = 8 электронҳои валентӣ.
Сохтори Льюис аз H2O оксигенро дар марказ бо ду атоми гидроген нишон медиҳад, ки бо атоми оксиген пайвандҳои ягона (сигма) ва ду ҷуфт электронҳои танҳо дар оксиген ташкил медиҳанд.
2. Шумурдани ҷуфтҳои электрон:
– PEI: Се пайванд мавҷуд аст, ки ҳамаи онҳо ҷуфтҳои электронии пайвасткунанда мебошанд.
– PEB: Як ҷуфт электронии ягона мавҷуд аст.
3. Муайян кардани шаклҳои молекулавӣ:
– Бо дар маҷмӯъ 2 PEI ва 2 PEB, тақсимоти электронҳо дар атрофи атоми марказӣ шакле хоҳад дошт, ки тела доданро ба ҳадди ақалл мерасонад.
– Шакл бо тақсимоти мувофиқ хамшуда аст.
Пас, шакли молекулаи H2O бо кунҷи пайванди тақрибан 104.5 дараҷа хам шудааст.
Намунаи саволи 4: Муайян кардани шакли молекулавии PCl5
Савол:
Шакли молекулавии пентахлориди фосфор (PCl5)-ро бо истифода аз назарияи VSEPR муайян кунед.
Муҳокима:
1. Сохтори Люисро муайян кунед:
– Атомҳои марказӣ: P (фосфор).
– Фосфор 5 электрони валентӣ дорад.
– Хлор ҳар кадоме 7 электрони валентӣ дорад.
– Шумораи умумии электронҳои валентӣ = 5 (P) + 5 x 7 (Cl) = 40 электронҳои валентӣ.
Сохтори Льюис дар PCl5 фосфорро дар марказ бо панҷ атоми хлор нишон медиҳад, ки бо атоми фосфор пайвандҳои ягона (сигма) ташкил медиҳанд. Дар фосфор ҷуфтҳои электронҳои ягона вуҷуд надоранд.
2. Шумурдани ҷуфтҳои электрон:
– PEI: Се пайванд мавҷуд аст, ки ҳамаи онҳо ҷуфтҳои электронии пайвасткунанда мебошанд.
– PEB: Ҷуфтҳои электронии ягона вуҷуд надоранд.
3. Муайян кардани шаклҳои молекулавӣ:
– Бо дар маҷмӯъ 5 PEI ва 0 PEB, тақсимоти электронҳо дар атрофи атоми марказӣ шакле хоҳад дошт, ки тела доданро ба ҳадди ақалл мерасонад.
– Шакл бо тақсимоти мувофиқ бипирамидаи сегона аст.
Пас, шакли молекулаи PCl5 бипирамидаи тригоналӣ бо кунҷҳои пайванд 90° ва 120° мебошад.
Намунаи саволи 5: Муайян кардани шакли молекулаҳои SF6
Савол:
Шакли молекулавии гексафториди сулфур (SF6)-ро бо истифода аз назарияи VSEPR муайян кунед.
Муҳокима:
1. Сохтори Люисро муайян кунед:
– Атомҳои марказӣ: S (сулфур).
– Сулфур 6 электрони валентӣ дорад.
– Фтор ҳар кадоме 7 электрони валентӣ дорад.
– Шумораи умумии электронҳои валентӣ = 6 (S) + 6 x 7 (F) = 48 электронҳои валентӣ.
Сохтори Льюис дар SF6 нишон медиҳад, ки дар марказ шаш атоми фтор бо атоми сулфур пайвандҳои ягона (сигма) ташкил медиҳанд. Дар сулфур ҷуфтҳои электронҳои ягона вуҷуд надоранд.
2. Шумурдани ҷуфтҳои электрон:
– PEI: Се пайванд мавҷуд аст, ки ҳамаи онҳо ҷуфтҳои электронии пайвасткунанда мебошанд.
– PEB: Ҷуфтҳои электронии ягона вуҷуд надоранд.
3. Муайян кардани шаклҳои молекулавӣ:
– Бо дар маҷмӯъ 6 PEI ва 0 PEB, тақсимоти электронҳо дар атрофи атоми марказӣ шакле хоҳад дошт, ки тела доданро ба ҳадди ақалл мерасонад.
– Шакл бо тақсимоти мувофиқ октаэдрӣ аст.
Пас, шакли молекулаи SF6 октаэдрӣ бо кунҷи пайванд 90° аст.
Хулоса
Фаҳмидани шакли молекулавӣ калиди шарҳи бисёре аз хосиятҳои кимиёвӣ ва физикии пайвастагӣ мебошад. Назарияи VSEPR роҳи муассири пешгӯии геометрияи онро дар асоси ҳисобҳои пайванд ва ҷуфтҳои танҳоӣ фароҳам меорад. Дар ҳар як мисоли баррасишуда, раванд муайян кардани сохтори Люис, ҳисоб кардани ҷуфтҳои электронӣ ва дар ниҳоят муайян кардани шакли мувофиқтарини молекулавиро дар бар мегирад. Бо машқи мунтазам, ҳар кас метавонад дар истифодаи назарияи VSEPR барои муайян кардани шакли молекулавӣ маҳорат пайдо кунад.
