Molekylære geometri typer og eksempler



den molekylær geometri eller molekylær struktur er den rumlige fordeling af atomer omkring et centralt atom. Atomer repræsenterer regioner, hvor der er en høj elektronisk tæthed, og betragtes derfor som elektroniske grupper uanset de forbindelser, der dannes (enkelt, dobbelt eller tredobbelt).

Dette koncept stammer fra kombinationen og de eksperimentelle data for to teorier: den valensbinding (TEV) og frastødning af elektronpar af valensskal (VSEPR). Mens den første definerer forbindelserne og deres vinkler, etablerer den anden geometrien og dermed den molekylære struktur.

Hvilke geometriske former er molekyler i stand til at vedtage? De to tidligere teorier giver svarene. Ifølge VSEPR skal atomerne og parerne af frie elektroner være anbragt i rummet på en sådan måde, at den elektrostatiske afstødning mellem dem minimeres..

Så de geometriske former er ikke vilkårlig, men ser efter det mest stabile design. For eksempel i øverste billede ses en trekant til venstre og en oktaedron til højre. De grønne prikker repræsenterer atomerne og den orange striber forbindelserne.

I trekanten er de tre grønne punkter orienteret i en adskillelse på 120º. Denne vinkel, som er lig med bindingen, tillader atomer at afvise hinanden så lidt som muligt. Derfor vil et molekyle med et centralt atom knyttet til tre andre vedtage en trigonalplan geometri.

VSCR forudsiger imidlertid, at et frit par elektroner i det centrale atom vil fordreje geometrien. I tilfælde af trigonalplanet vil dette par skubbe ned de tre grønne punkter, hvilket resulterer i en trigonalpyramidgeometri.

Det samme kan også ske med billedets oktaedron. Her er alle atomer adskilt på den mest stabile måde.

indeks

  • 1 Hvordan man i forvejen kan vide den molekylære geometri af 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 Vinkelgeometri
    • 3.3 Trigonal plan
    • 3.4 Tetrahedral
    • 3.5 Trigonal pyramide
    • 3,6 trigonalbipyramid
    • 3,7 oscillerende
    • 3,8 form af t
    • 3.9 Octahedral
  • 4 referencer

Hvordan man i forvejen kan vide den molekylære geometri af et atom X?

Til dette er det også nødvendigt at overveje parene af fri elektroner som elektroniske grupper. Disse vil sammen med atomerne definere, hvad der er kendt som elektronisk geometri, som er en uadskillelig ledsager af molekylær geometri.

Fra den elektroniske geometri, og ved at have detekteret ved Lewis-strukturen parrene af frie elektroner, kan vi konstatere, hvad molekylær geometri vil være. Summen af ​​alle molekylære geometrier vil give en oversigt over den globale struktur.

typen

Som det ses i hovedbilledet, afhænger den molekylære geometri af, hvor mange atomer der omgiver det centrale atom. Men hvis et par elektroner er til stede uden deling, vil det ændre geometrien, fordi det indtager meget volumen. Derfor udøver den en sterisk effekt.

I overensstemmelse hermed kan geometri præsentere en række karakteristiske former for mange molekyler. Og det er her, hvor forskellige typer af molekylær geometri eller molekylær struktur opstår.

Hvornår er geometri lig med struktur? Begge betegner det samme kun i tilfælde, hvor strukturen ikke har mere end en type geometri; ellers skal alle nuværende typer overvejes, og strukturen får et globalt navn (lineært, forgrenet, globulært, fladt osv.).

Geometrierne er især nyttige til at forklare strukturen af ​​et faststof fra dets strukturelle enheder.

lineær

Alle kovalente bindinger er retningsbestemt, så linket A-B er lineært. Men vil AB-molekylet være lineært?2? Hvis ja, er geometrien simpelthen repræsenteret som: B-A-B. De to B-atomer er adskilt med en vinkel på 180 °, og ifølge TEV må A have sphybrid-orbitaler.

kantet

Det kan i første omgang antages at være en lineær geometri for AB-molekylet2; Det er imidlertid vigtigt at tegne Lewis 'struktur, før man når en konklusion. Tegning af Lewis 'struktur kan man identificere antallet af elektroner uden at dele (:) på atom A.

Når dette er tilfældet, skubber de oven på elektronparene de to atomer af B ned og ændrer deres vinkler. Som et resultat slutter det lineære molekyle B-A-B med at blive en V, en boomerang eller en vinkelgeometri (topbillede)

Vandmolekylet, H-O-H, er det ideelle eksempel for denne type geometri. I oxygenatomet er der to par elektroner uden deling, som er orienteret i en omtrentlig vinkel på 109º.

Hvorfor denne vinkel? Fordi elektronisk geometri er tetrahedral, som har fire hjørner: to for H-atomer og to for elektroner. I billedet ovenfor bemærkes, at de grønne prikker og de to "løber med øjne" tegner en tetrahedron med det blålige punkt i centrum.

Hvis O ikke har frie elektroner parvis vandet danner et lineært molekyle, og mindske polaritet oceaner, have, søer osv, ville sandsynligvis ikke eksistere som kendt.

tetraedralsk

Det øverste billede repræsenterer den tetrahedrale geometri. For vandmolekylet er dets elektroniske geometri tetrahedral, men ved at eliminere de elektronfrie par kan det bemærkes, at det omdannes til en vinkelgeometri. Dette ses også blot ved at eliminere to grønne prikker; de resterende to vil tegne V med den blå prik.

Hvad hvis i stedet for to par fri elektroner var der kun en? Så ville der være et trigonalplan (hovedbillede). Ved at eliminere en elektronisk gruppe undgås imidlertid den steriske effekt, der produceres af paret fri elektroner. Derfor forvrider det trigonalplanet til en trekantet basepyramide:

Selvom den trigonale og tetrahedrale pyramide molekylære geometri er forskellig, er den elektroniske geometri den samme: tetrahedral. Så tæller den trigonale pyramide ikke som elektronisk geometri?

Svaret er nej, da det er resultatet af den var forårsaget af "lap øjne" og dens steriske effekt, og at geometrien ikke tager hensyn til den efterfølgende forvridninger.

Af denne grund er det altid vigtigt først at bestemme elektronisk geometri ved hjælp af Lewis strukturer inden definition af molekylær geometri. Ammoniakmolekylet, NH3, er et eksempel på trigonal pyramid molekylær geometri, men med tetrahedral elektronisk geometri.

Trigonal Bipyramid

Indtil nu har bortset fra lineær geometri i den tetrahedrale, den vinklede og den trigonale pyramide sine centrale atomer sp hybridisering3, ifølge TEV. Dette betyder, at hvis dine linkvinkler blev bestemt eksperimentelt, skulle de være omkring 109º.

Fra trigonal dipiramidal geometri er der fem elektroniske grupper omkring det centrale atom. I det øverste billede kan du se med de fem grønne punkter; tre i den trekantede base og to i aksiale positioner, som er pyramidens øverste og nederste hjørner.

Hvilken hybridisering har den blå prik da? Det har brug for fem hybrid orbitaler til at danne de enkle bindinger (orange). Dette opnås gennem de fem sp orbitaler3d (produkt af blandingen af ​​et orbitalt s, tre p og a d).

Når man overvejer fem elektroniske grupper, er geometrien allerede eksponeret, men som har ikke-fælles elektronpar, det igen lider forvridninger at andre geometrier. Der opstår også følgende spørgsmål: Kan disse par indtage nogen position i pyramiden? Disse er: det aksiale eller ækvatoriale.

Aksiale og ækvatoriale positioner

De grønne punkter, der udgør den trekantede base, er i ækvatoriale positioner, mens de to i øverste og nedre ender, i aksiale positioner. Hvor vil helst parret af elektroner uden deling være placeret? I denne position minimerer elektrostatisk afstødning og sterisk effekt.

Aksial parret af elektroner ville "pres" vinkelret (90) på den trekantede basis, mens hvis i ækvatorial stilling, de to resterende elektroniske grupper af basen være 120 ° fra hinanden og vil presse de to ender 90 ° (i stedet for tre, som med basen).

Derfor vil det centrale atom forsøge at orientere sine elektronfrie par i ækvatoriale positioner for at generere mere stabile molekylære geometrier.

Oscillerende og T-form

Hvis den trigonale bipyramidgeometri skulle erstatte et eller flere af dets atomer med elektronfrie par, ville det også have forskellige molekylære geometrier.

Til venstre for det øverste billede ændres geometrien til den oscillerende form. I det skubber det frie par elektroner resten af ​​de fire atomer i samme retning og folder deres links til venstre. Bemærk at dette par og to af atomerne ligger i det samme trekantede plan af det originale dipyramid.

Og højre i billedet, det T-formede geometri Denne molekylære geometri er resultatet af erstatning to atomer af to par elektroner, følgelig resulterer i de resterende tre atomer er på linie i samme plan, danner præcis én bogstav T.

Så for et molekyle af type AB5, det vedtager trigonal bipyramid geometri. Men AB4, med den samme elektroniske geometri vil den vedtage den oscillerende geometri; og AB3, den T-formede geometri. I alle dem vil en vil have (generelt) sp hybridisering3d.

For at bestemme den molekylære geometri er det nødvendigt at tegne Lewis-strukturen og dermed dens elektroniske geometri. Hvis dette er et trigonalt bipyramid, vil de elektronfrie par kasseres, men ikke deres steriske virkninger på resten af ​​atomerne. Det er således muligt at skelne perfekt mellem de tre mulige molekylære geometrier.

oktaedriske

Den oktaedrale molekylære geometri er repræsenteret til højre for hovedbilledet. Denne type geometri svarer til AB-forbindelserne6. AB4 de danner den firkantede base, mens de resterende to B er placeret i aksiale positioner. Således dannes der flere ensidede trekanter, som er oktaedernes ansigter.

Her er der igen (som i alle elektroniske geometrier) frie elektronpar, og derfor kommer andre molekylære geometrier af denne kendsgerning. For eksempel, AB5 med oktaedisk elektronisk geometri består af en pyramide med kvadratisk base og AB4 af et firkantet plan:

I tilfælde af oktaedrisk elektronisk geometri er disse to molekylære geometrier den mest stabile i form af elektrostatisk afstødning. I firkantet geometri er de to elektronpar par 180 ° fra hinanden.

Hvad er hybridiseringen for atom A i disse geometrier (eller strukturer, hvis den er den eneste)? Igen fastslår TEV at det er sp3d2, seks hybrid orbitaler, som tillader A at orientere elektroniske grupper ved en octahedrons hjørner.

Andre molekylære geometrier

Ved at modificere baserne af de ovenfor nævnte pyramider kan der opnås nogle mere komplekse molekylære geometrier. For eksempel er det femkantede bipyramid baseret på en pentagon, og forbindelserne der danner den har en generel formel AB7.

Ligesom de andre molekylære geometrier vil forandring af geometrien forvrænges til andre former ved at erstatte B-atomer til elektronfrie par.

Også AB-forbindelserne8 de kan vedtage geometrier som firkantet antiprisme. Nogle geometrier kan være meget komplicerede, især for AB-formler7 og fremad (op til AB12).

eksempler

Dernæst vil der blive nævnt en række forbindelser for hver af de vigtigste molekylære geometrier. Som en øvelse kan du tegne Lewis strukturerne for alle eksemplerne og bekræfte, om du i betragtning af den elektroniske geometri får de molekylære geometrier som angivet nedenfor..

Lineær geometri

-Ethylen, H2C = CH2

-Berylliumchlorid, BeCl2 (Cl-Be-CI)

-Kuldioxid, CO2 (O = C = O)

-Nitrogen, N2 (N≡N)

-Kviksølvdibromid, HgBr2 (Br-Hg-Br)

-Anion-triiodid, I3- (I-I-I)

-Hydrogencyanid, HCN (H-N = C)

Dens vinkler skal være 180º og har derfor sp hybridisering.

Vinkel geometri

-Vandet

-Svovldioxid, SO2

-Nitrogendioxid, NO2

-Ozon, O3

-Anion amiduro, NH2-

Trigonal plan

-Bromtrifluorid, BF3

-Aluminiumtrichlorid, AlCl3

-Nitratanion, NO3-

-Anioncarbonat, CO32-

tetraedralsk

-Methangas, CH4

-Carbon tetrachlorid, CCl4

-Kationammonium, NH4+

-Anionsulfat, SO42-

Trigonal pyramide

-Ammoniak, NH3

-Kationhydronium, H3O+

Trigonal Bipyramid

-Fosforpentafluorid, PF5

-Antimon Pentachlorid, SbF5

oscillerende

Svovletetrafluorid, SF4

Form af T

-Jodtrichlorid, ICl3

-Chlordrifluorid, ClF3 (begge forbindelser er kendt som interhalogener)

oktaedriske

-Svovlhexafluorid, SF6

-Selenhexafluorid, SeF6

-Hexafluorphosphat, PF6-

For at kulminere er molekylær geometri det, som forklarer observationerne af stoffets kemiske eller fysiske egenskaber. Det er imidlertid orienteret efter den elektroniske geometri, således at sidstnævnte altid skal bestemmes før den første.

referencer

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s. 194-198.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi (Fjerde udgave., 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). Introduktion til molekylær geometri. Hentet fra: chemistry.elmhurst.edu
  5. Kemi LibreTexts. (8. september 2016). Molekylernes geometri. Hentet fra: chem.libretexts.org