גיאומטריה MOLECULAR: הגדרה ודוגמאות

ה צורה תלת מימדית שבו מסודרים האטומים המרכיבים מולקולה ידוע בשמו גיאומטריה מולקולרית או מבנה מולקולרי.

ניתן להסיק את הגיאומטריה של מולקולות אלה ממודל תיאורטי: מודל הדחייה של זוגות האלקטרונים במעטפת הערכיות (RPECV). מודל זה שימושי במיוחד לייצוג הגיאומטריה של מולקולות המורכבות מאטומים קטנים ומחוברים זה לזה על ידי קשרים קוולנטיים (שיתוף אלקטרונים).

בשיעור זה של מורה אנו נגלה את הגדרת גיאומטריה מולקולרית ודוגמאות כדי שבדרך זו תוכלו ללמוד ממה מורכב מודל RPECV, כיצד ניתן להסיק את הגיאומטריה של מולקולות בשיטה זו וכמה דוגמאות.

אינדקס

1. הגדרת גיאומטריה מולקולרית
2. דוגמאות לגיאומטריה מולקולרית
3. דע את מבנה לואיס של המולקולה
4. מודל דחיית זוג אלקטרונים של מעטפת הערכיות (RPECV)

גיאומטריה מולקולרית או מבנה מולקולרי הוא כמו אטומים מצא מולקולה מסודרים בחלל.

מבנה תלת מימד זה (גיאומטריה מולקולרית) מגיע מוגדר על ידי סדרת כוחות שמחזיקים את האטומים בסידור ספציפי. בין הכוחות שקובעים את הגיאומטריה המולקולרית החשובה ביותר הם הקישורים ש אטומים נשכב זה לזה ל יוצרים את המולקולה.

הגיאומטריה של המולקולות חשובה מאוד מכיוון שהוא קובע מהם המאפיינים הפיזיקוכימיים של החומר. לדוגמא: למולקולות H2O יש גיאומטריה זוויתית הניתנת על ידי הקשרים שיוצרים אותה. אימוץ הגיאומטריה הזוויתית הזו הופך את מולקולת המים לדיפול חשמלי ובעל תכונות יוצאות דופן. הודות לגיאומטריה שלהם, מים נוזלים בטמפרטורת החדר, הם מסוגלים להמיס חומרים רבים וכו '.

ברור, בהתחשב בגודל המולקולות, לא ניתן לצפות ישירות בגיאומטריה שלהן ויש להסיקם בשיטות עקיפות. יתר על כן, יש צורך לייצג גאומטריות אלה באמצעות מודלים תיאורטיים.

המודלים התיאורטיים הללו הם שמאפשרים לנו לקבוע מהי הגיאומטריה של מולקולה מתוך הנוסחה המולקולרית שלה.

כפי שראינו בפרק הקודם, האטומים המרכיבים מולקולה יכולים לרכוש סידורים מרחביים שונים (גאומטריות). בחלק זה נראה כמה דוגמאות לגיאומטריה מולקולרית.

גיאומטריות דו ממדית

במקרים מסוימים, המולקולות רוכשות גיאומטריות שטוחות או דו-ממדיות, כלומר הן מבנים שיש להם רק שני ממדים ותופסים משטח (אין להם נפח).

גיאומטריה לינארית

זו הגיאומטריה הפשוטה ביותר, מדובר במולקולות שהאטומים שלהם מחוברים ליצירת קו ישר. כל המולקולות המורכבות משני אטומים הן לינאריות, אך גאומטריה זו מתרחשת גם במולקולות המורכבות משלושה אטומים.

דוגמאות למולקולות לינאריות:
נוצר על ידי שני אטומים: כל הגזים הדיאטומיים כגון O2, H2.

מורכב משלושה אטומים: CO2 (פחמן דו חמצני).

גיאומטריה זוויתית

הם מולקולות המורכבות משלושה אטומים המתאחדים בזווית. משרעת הזווית שנוצרה יכולה להיות שונה, תלוי בסוג האטומים שיוצרים אותה. למשרעת הזוויות הנוצרות על ידי המולקולות הזוויתיות יש ערכים שבין 90 ל -120 מעלות.

דוגמאות: H2O, SO2 (דו-חמצני גופרית), SnCl2 (פח דיכלוריד)

גיאומטריה משולשת

הם מולקולות המורכבות מארבעה אטומים, כאשר אטום אחד ממוקם במרכז משולש דמיוני ושלושת האטומים האחרים הנותרים נמצאים בכל אחד מקודקודי המשולש הזה.

דוגמאות: SO3 (גופרית דו-חמצנית), NO3^- (יון חנקתי)

גיאומטריה מרובעת

למולקולות בעלות הגיאומטריה הזו 5 אטומים. האחד ממוקם במרכז ריבוע והשני 4 בכל אחד מקודקודי הדמות.

דוגמאות: XeF4 (קסנון טריפלואוריד)

גיאומטריות תלת מימד

יש להם שלושה ממדים, כלומר יש להם נפח. הגיאומטריות של מולקולות תלת מימד מגוונות מאוד, כאן נראה רק כמה דוגמאות.

גיאומטריה טטרהדרלית

גאומטריה זו היא זו המוצגת על ידי כמה מולקולות שנוצרו על ידי חמישה אטומים, בה נמצא אטום מרכז הקוביה הדמיונית וארבעת האטומים הנותרים נמצאים בקודקודי הקוביה (טטרהדרון).

דוגמה: CH4 (מתאן), MnO4^-(יון פרמנגנט)

גיאומטריה פירמידה טריגונאלית

הם מולקולות עם ארבעה אטומים המסודרים בארבע הקודקודים של פירמידה עם בסיס משולש.

דוגמה: NH3 (אמוניה), PH3 (פוספין)

גיאומטריה פירמידאלית מרובעת

במקרה זה מספר האטומים המרכיבים את המולקולה הוא שש וחמישה מהם מסודרים ב קודקודים של פירמידה עם בסיס מרובע, ואילו השישית תופסת את מרכז הריבוע של בסיס.

דוגמה: ClF5 (כלור פנטפלואוריד)

לפני שתוכל להשתמש ב- שיטת RPECV יש צורך לדעת מה זה מבנה לואיס של המולקולה ובשביל זה עליכם לדעת קודם מה תצורה אלקטרוניתמשכבת ​​ולנסיה של האטומים השונים המרכיבים את המולקולה.

לכן, לפני שנוכל לקבוע את הגיאומטריה של מולקולה יש צורך לבצע כמה צעדים קודמים:

• ל. קבל את תצורות האלקטרונים של האטומים השונים המרכיבים את המולקולה.
• ב. קבע את מספר אלקטרוני מעטפת הערכיות של כל אחד מהאטומים. האלקטרונים במעטפת הערכיות הם האלקטרונים שהאטום יכול להשתמש בהם ליצירת קשרים.
• ג. הפחת את מבנה לואיס תוך לקיחה בחשבון כמה אלקטרונים לכל אטום יש בקליפת הערכיות שלו.

תמונה: מצגת שקופיות

בתוך ה מבנים של לואיס כל אחד מהאטומים הקשורים, חייב לעמוד ב חוק האוקטט. כאשר אטום ממלא את כלל האוקטט, הוא מוקף בארבעה זוגות אלקטרונים שיכולים להיות אלקטרונים שהם חלק מ קשר (זוגות אלקטרונים מקשרים) או זוגות אלקטרונים שאינם משתתפים ביצירת קשר (זוגות אלקטרונים לא כריכה).

כפי שנראה, לאחר שנקבע מבנה לואיס של מולקולה, הסיקו אותה הגיאומטריה באמצעות מודל הדחייה של זוגות האלקטרונים של מעטפת הערכיות היא מאוד קַל.

על פי מודל ייצוג זה, הליגנדים (X) וזוגות האלקטרונים הלא מקשרים (E) מסודרים סביב האטום המרכזי (A), כך שהמרחק ביניהם הוא המקסימום. סכום הליגנדים וזוגות אלקטרונים שאינם קשורים (X + E) קובע את סוג הגיאומטריה של המולקולה.

X + E = 2

גיאומטריה לינארית

AX2: מולקולה שנוצרה על ידי שני אטומי ליגנד המחוברים לאטום מרכזי

דוגמה: בריליום הידריד (BeH2).

X + E = 3

גיאומטריה של מישור משולש (משולש שווה צלעות)

AX3: מולקולה המורכבת משלושה אטומים המחוברים לאטום מרכזי

דוגמאות: כלורידים מסוימים כגון בורון או אלומיניום (BCl3, AlCl3)

גיאומטריה זוויתית (זווית 120º)

AX2E: מולקולה עם אטום מרכזי המחובר לשני ליגנדים וזוג אלקטרונים לא מחייב.

דוגמאות: פח (II) כלוריד (Sn2Cl)

X + E = 4

גיאומטריה טטרהדרלית

AX4: מולקולות עם אטום מרכזי עם ארבעה ליגנדים המסודרים בקשרים כך שהליגנדים יהיו יש להם בקודקודים של האלכסונים הנגדי קוביה שמרכזה הוא האטום המרכזי עצמו.

דוגמאות: מולקולות כמו מתאן (CH4), סיליקון כלורי (SiCl4) או פחמן טטרכלוריד (CCl4) מציגות גאומטריה זו.

גיאומטריה פירמידה טריגונלית

AX3E: מולקולות עם 3 ליגנדים וזוג אלקטרונים בודד אחד בהם מסודרים להיווצר אטומי שלושת הליגנדים הבסיס של פירמידה עם בסיס משולש שבו האטום המרכזי נמצא בקודקוד העליון של האמור פִּירָמִידָה

דוגמאות: אחת המולקולות בעלות הגיאומטריה הזו היא אמוניה (NH3).

גיאומטריה זוויתית (זווית 109º)

AX2E2: שני הליגנדים והאטום המרכזי מסודרים ויוצרים זווית של 109 מעלות

דוגמאות: מים (H2O) הם אחת המולקולות בעלות הגיאומטריה הזו.

זאומטריה ליניארית

AX3: מכיוון שיש רק ליגנד אחד המחובר לאטום המרכזי, הגיאומטריה היא לינארית.

דוגמה: מימן פלואוריד או חומצה הידרופלואורית (HF).

X + E = 5

גיאומטריה דו-פירמידאלית טריגונאלית

AX5: למולקולה יש גיאומטריה של שתי פירמידות מנוגדות, עם בסיס משולש המשותף לשתיהן. האטום המרכזי מסודר במרכז והליגנדים ממוקמים בקודקודים.

דוגמה: פנטכלוריד זרחני (PCl5)

גיאומטריה דיסנואידית

AX4E: בסוג זה של גאומטריה, האטומים רוכשים סידור הדומה למבנה של נדנדת נדנדה.

דוגמה: טטרה גופרית פלואוריד (SF4).

גיאומטריה T

AX3E2: מולקולות מעוצבות כמו האות T, כאשר הליגנדים בקצות האות והאטום המרכזי בנקודה בה נפגשים שני הקווים שיוצרים אותה.

דוגמה: כלור טריפלואוריד (ClF3)

גיאומטריה לינארית

AX2E3: במקרה זה, שלושת האטומים של המולקולה מסודרים בקו אחד עם האטום המרכזי במצב ביניים.

דוגמה: קסנון דיפלואוריד (F2Xe)

X + E = 6

גאומטריה אוקטדרלית

AX6: לסוג זה של מולקולה יש מבנה הדומה לאוקטהרון בו האטום המרכזי יתפוס את מרכז הדמות הגיאומטרית ואת ששת הליגנדים שכל אחד מקודקודיו.

דוגמה: גופרית הקסאפלואוריד (SF6)

פירמידת בסיס מרובעת

AX5E: במקרה זה, האטומים יוצרים דמות בה האטום המרכזי תופס את מרכז הבסיס והליגנדים את חמשת הקודקודים של הדמות.

דוגמה: פנטפלואוריד ברום (BrF5)

גיאומטריה מרובעת במישור

AX4E2: האטומים רוכשים סידור בצורת ריבוע, בו האטום המרכזי תופס את מרכז הדמות ואת הליגנדים כל אחד מקודקודיו.

דוגמה: יון טטרפלואוריד של קסנון (XeF4)

אם אתה רוצה לקרוא מאמרים נוספים הדומים ל- גיאומטריה מולקולרית: הגדרה ודוגמאותאנו ממליצים לך להיכנס לקטגוריה שלנו האטום.

אלחנדרינה גאלגו פיקו, רוזה מ'גארסינונו מרטינס, מ 'חוסה מורצ'יו אורטגה, מיגל אנחל ואצ'קס סגורה. (2018) כימיה בסיסית. מדריד: יוניד