Molekylære geometrityper og eksempler



den molekylær geometri eller molekylær struktur er den romlige fordeling av atomer rundt et sentralt atom. Atomer representerer regioner der det er høy elektronisk tetthet, og betraktes derfor som elektroniske grupper, uavhengig av koblingene som dannes (enkelt, dobbelt eller trippel).

Dette konseptet kommer fra en kombinasjon, og de eksperimentelle data for to teorier: valens-bindingen (TEV) og frastøting av elektronparene i valens skallet (VSEPR). Mens den første definerer koblingene og deres vinkler, etablerer den andre geometrien og dermed den molekylære strukturen.

Hvilke geometriske former er molekyler i stand til å vedta? De to foregående teoriene gir svarene. I henhold til VSEPR må atomene og parene av frie elektroner plasseres i rommet slik at de elektrostatiske avstengningene mellom dem minimeres..

Så, de geometriske figurene er ikke vilkårlig, men ser etter den mest stabile designen. For eksempel, i det øvre bildet kan en trekant ses til venstre, og en oktaedron til høyre. De grønne punktene representerer atomer og oransje striper koblingene.

I trekanten er de tre grønne punktene orientert i en separasjon på 120º. Denne vinkelen, som er lik bindingen, tillater atomer å avvise hverandre så lite som mulig. Derfor vil et molekyl med et sentralt atom knyttet til tre andre vedta en trigonalplan geometri.

VSCR forutsier imidlertid at et fritt par elektroner i det sentrale atom vil forvride geometrien. For tilfellet av trigonalplanet vil dette paret trykke ned de tre grønne punktene, noe som resulterer i en trigonal pyramid geometri.

Det samme kan også skje med oktavret av bildet. I det er alle atomer separert på den mest stabile måten mulig.

index

  • 1 Hvordan å vite på forhånd molekylær geometri av et atom X?
  • 2 typer
    • 2.1 Lineær
    • 2.2 Vinkel
    • 2.3 Tetrahedral
    • 2,4 trigonal bipyramid
    • 2,5 oktahedral
    • 2.6 Andre molekylære geometrier
  • 3 eksempler
    • 3.1 Lineær geometri
    • 3.2 Vinkel geometri
    • 3.3 Trigonal plan
    • 3,4 Tetrahedral
    • 3.5 Trigonal pyramide
    • 3,6 trigonal bipyramid
    • 3,7 Oscillering
    • 3,8 form av t
    • 3,9 oktahedral
  • 4 referanser

Hvordan å vite på forhånd molekylær geometri av et atom X?

For dette er det nødvendig å også vurdere parene av frie elektroner som elektroniske grupper. Disse, sammen med atomer, vil definere det som er kjent som elektronisk geometri, som er en uadskillelig følgesvenn av molekylær geometri.

Fra den elektroniske geometrien, og etter å ha detektert av Lewis-strukturen parene av frielektroner, kan vi fastslå hva molekylær geometri vil være. Summen av alle molekylære geometrier vil gi en oversikt over den globale strukturen.

typen

Som sett i hovedbildet avhenger molekylær geometri av hvor mange atomer som omgir det sentrale atom. Men hvis et par elektroner er tilstede uten deling, vil det endre geometrien fordi det har mye volum. Derfor utøver den en sterisk effekt.

I henhold til dette kan geometri presentere en rekke karakteristiske former for mange molekyler. Og dette er hvor forskjellige typer molekylær geometri eller molekylær struktur oppstår.

Når er geometri lik struktur? Begge betegner det samme bare i tilfeller der strukturen ikke har mer enn en type geometri; ellers må alle eksisterende typer vurderes og strukturen er gitt et globalt navn (lineært, forgrenet, globalt, flatt, etc.).

Geometriene er spesielt nyttige for å forklare strukturen av et faststoff fra dets strukturelle enheter.

lineær

Alle kovalente bindinger er retningsbestemt, så koblingen A-B er lineær. Men vil AB-molekylet være lineært?2? Hvis ja, er geometrien ganske enkelt representert som: B-A-B. De to B-atomer er separert med en vinkel på 180 °, og i henhold til TEV må A ha sp-hybrid-orbitaler.

vinkel

Det kan i utgangspunktet antas en lineær geometri for AB-molekylet2; Det er imidlertid viktig å tegne strukturen til Lewis før den kommer til en konklusjon. Tegning av Lewis-strukturen, man kan identifisere antall par elektroner uten å dele (:) på atom av A.

Når dette er slik, skyver de på de to atomer av B på toppen av elektronparene, og endrer vinklene sine. Som et resultat, slutter det lineære molekylet B-A-B å bli en V, en boomerang eller en vinkelgeometri (toppbildet)

Vannmolekylet, H-O-H, er det ideelle eksempelet for denne typen geometri. I oksygenatomet er det to par elektroner uten å dele som er orientert i en omtrentlig vinkel på 109º.

Hvorfor denne vinkelen? Fordi elektronisk geometri er tetraedral, som har fire hjørner: to for H-atomer, og to for elektroner. I bildet over merk at de grønne prikkene og de to "løpene med øynene" tegner en tetrahedron med det blåaktige punktet i midten.

Hvis O ikke har frie elektroner parene, vannet danner et lineært molekyl, og redusere polaritet hav, sjøer, innsjøer, etc., ville sannsynligvis ikke eksistere som kjent.

tetrahedral

Det øvre bildet representerer tetrahedral geometri. For vannmolekylet, er elektronisk geometri tetraedrisk, men ved å eliminere frie elektronpar kan sees som blir en vinkelgeometri. Dette observeres også bare ved å eliminere to grønne prikker; De resterende to vil tegne V med den blå prikken.

Hva om i stedet for to par gratis elektroner var det bare en? Da ville det være et trigonalplan (hovedbilde). Ved å eliminere en elektronisk gruppe, unngås imidlertid ikke den steriske effekten som produseres av paret fri elektroner. Derfor forvrenger det trigonalplanet til en trekantet basepyramide:

Selv om den trigonale og tetraedrale pyramidmolekylære geometrien er forskjellig, er den elektroniske geometrien den samme: tetrahedral. Så teller den trigonale pyramiden ikke som elektronisk geometri?

Svaret er nei, siden det er resultatet av forvrengning forårsaket av "lobe øyne" og dens sterisk effekt, og at geometrien ikke tar hensyn til påfølgende skjevheter.

Av denne grunn er det alltid viktig å først bestemme elektronisk geometri ved hjelp av Lewis-strukturer før de definerer molekylær geometri. Ammoniakmolekylet, NH3, er et eksempel på molekylær geometri for trigonalpyramid, men med tetrahedral elektronisk geometri.

Trigonal bipyramid

Hittil, med unntak av lineær geometri, i den tetraedrale, den vinklede og trigonale pyramiden har dens sentrale atomer sp hybridisering3, i følge TEV. Dette betyr at hvis koblingsvinklene dine ble bestemt eksperimentelt, burde de være rundt 109º.

Fra trigonal dipiramidal geometri er det fem elektroniske grupper rundt det sentrale atom. I det øvre bildet kan du se med de fem grønne punktene; tre i den trekantede basen, og to i aksiale posisjoner, som er topp- og bunnpunktene i pyramiden.

Hvilken hybridisering har den blå prikken da? Den trenger fem hybrid orbitaler for å danne de enkle bindingene (oransje). Dette oppnås gjennom de fem sp orbitalene3d (produkt av blandingen av en orbital s, tre p og a d).

Ved vurdering av fem elektroniske grupper, geometrien allerede er eksponert, men har udelte elektronpar, igjen lider det forvrengninger at andre geometrier. Også følgende spørsmål oppstår: Kan disse parene okkupere noen posisjon i pyramiden? Disse er: aksial eller ekvatorial.

Aksiale og ekvatoriale posisjoner

De grønne punktene som utgjør den trekantede basen er i ekvatoriale posisjoner, mens de to i øvre og nedre ender, i aksiale posisjoner. Hvor vil helst paret elektroner uten deling være plassert? I denne posisjonen minimeres elektrostatisk avstøtning og sterisk effekt.

Aksialstyrelagre paret av elektroner vil "trykk" perpendikulær (90) på den trekantede basen, mens hvis i ekvatorial posisjon, de to gjenværende elektroniske grupper av basen vil være 120 ° fra hverandre og vil presse de to endene 90 ° (i stedet for tre, som med basen).

Derfor vil det sentrale atom forsøke å orientere sine elektronfrie par i ekvatoriale posisjoner for å generere mer stabile molekylære geometrier.

Oscillerende og T-form

Hvis trigonalbipyramidgeometrien skulle erstatte ett eller flere av dets atomer med elektronfrie par, ville det også ha forskjellige molekylære geometrier.

Til venstre for toppbildet endres geometrien til oscillerende form. I det skyver det frie paret elektroner resten av de fire atomer i samme retning og bretter sammen linkene til venstre. Legg merke til at dette paret og to av atomene ligger i det samme trekantede planet av den originale dipyramiden.

Og den høyre del av bildet, den T-formede geometrien Denne molekylær geometri er resultatet av å erstatte to atomer ved hjelp av to par av elektroner, som følgelig resulterer i de øvrige tre atomer er innrettet i det samme plan, som danner nøyaktig en bokstav T.

Så, for et molekyl av type AB5, det vedtar trigonal bipyramid geometri. Imidlertid, AB4, med samme elektroniske geometri, vil den vedta den oscillerende geometri; og AB3, Den T-formede geometrien. I alle dem vil A ha (generelt) sp hybridisering3d.

For å bestemme molekylær geometri er det nødvendig å tegne Lewis-strukturen og dermed dens elektroniske geometri. Hvis dette er en trigonal bipyramid, blir de elektronfrie parene kassert, men ikke deres steriske effekter på resten av atomene. Dermed er det mulig å skille perfekt mellom de tre mulige molekylære geometriene.

octahedral

Den oktaediske molekylære geometrien er representert til høyre for hovedbildet. Denne typen geometri tilsvarer AB-forbindelsene6. AB4 de danner kvadratbasen, mens de resterende to B er plassert i aksiale posisjoner. Dermed blir flere like-sidige trekanter dannet, som er oktavronens ansikter.

Her igjen kan det være (som i alle elektroniske geometrier) frie elektronpar, og derfor kommer andre molekylære geometrier ut fra dette faktum. For eksempel, AB5 med oktaedisk elektronisk geometri består av en pyramide med kvadratisk base og AB4 av et firkantet plan:

I tilfelle av oktaedisk elektronisk geometri er disse to molekylære geometriene de mest stabile når det gjelder elektrostatisk avstøtning. I firkantet geometri er de to elektronparene 180 ° fra hverandre.

Hva er hybridiseringen av atom A i disse geometriene (eller strukturer, hvis den er den eneste)? Igjen fastslår TEV at det er sp3d2, seks hybride orbitaler, som tillater A å orientere elektroniske grupper ved en octahedron.

Andre molekylære geometrier

Ved å modifisere basene til de nevnte pyramidene hittil, kan det oppnås noen mer komplekse molekylære geometrier. For eksempel er den femkantede bipyramid basert på en pentagon, og forbindelsene som danner den har en generell formel AB7.

I likhet med de andre molekylære geometriene vil forandring av geometrien til andre former forbyte B-atomene for elektronfrie par.

Også AB-forbindelsene8 de kan adoptere geometrier som firkantet antiprism. Noen geometrier kan være svært kompliserte, spesielt for AB-formler7 og fremover (opp til AB12).

eksempler

Deretter vil en rekke forbindelser bli nevnt for hver av de viktigste molekylære geometriene. Som en øvelse kan du tegne Lewis-strukturer for alle eksemplene og bekrefte om du får den molekylære geometrien som angitt nedenfor, gitt den elektroniske geometrien..

Lineær geometri

-Etylen, H2C CH2

-Berylliumklorid, BeCl2 (Cl-Be-Cl)

-Kullsyre, CO2 (0 = C = 0)

-Nitrogen, N2 (N≡N)

-Kvikksølvdibromid, HgBr2 (Br-Hg-Br)

-Anion-triiodid, jeg3- (I-I-I)

-Hydrogencyanid, HCN (H-N = C)

Vinklene sine må være 180º, og har derfor sp hybridisering.

Vinkel geometri

-Vannet

-Svoveldioksid, SO2

-Nitrogenoksid, NO2

-Ozon, O3

-Anion amiduro, NH2-

Trigonal planet

-Bromtrifluorid, BF3

-Aluminiumtriklorid, AlCl3

-Nitratanion, NO3-

-Anionkarbonat, CO32-

tetrahedral

-Metangass, CH4

-Karbontetraklorid, CCl4

-Kationammonium, NH4+

-Anionsulfat, SO42-

Trigonal pyramide

-Ammoniak, NH3

-Kationhydronium, H3O+

Trigonal bipyramid

-Fosforpentafluorid, PF5

-Antimon Pentaklorid, SbF5

oscillerende

Svoveltetrafluorid, SF4

Form av T

-Jodtriklorid, ICl3

-Kloridtrifluorid, ClF3 (begge forbindelser er kjent som interhalogener)

octahedral

-Svovelheksafluorid, SF6

-Selenheksafluorid, SeF6

-Hexafluorfosfat, PF6-

For å kulminere er molekylær geometri det som forklarer observasjonene av stoffets kjemiske eller fysiske egenskaper. Det er imidlertid orientert i henhold til den elektroniske geometrien, slik at sistnevnte alltid må bestemmes før den første.

referanser

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utgave). CENGAGE Learning, s. 194-198.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi (Fjerde utgave., S. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.
  3. Mark E. Tuckerman. (2011). Molekylær geometri og VSEPR teorien. Hentet fra: nyu.edu
  4. Virtual Chembook, Charles E. Ophardt. (2003). Introduksjon til molekylær geometri. Hentet fra: chemistry.elmhurst.edu
  5. Kjemi LibreTexts. (8. september 2016). Molekylære geometri. Hentet fra: chem.libretexts.org