เรขาคณิตโมเลกุล: ความหมายและตัวอย่าง

รูปร่างสามมิติ three ซึ่งอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลเรียกว่า is เรขาคณิตโมเลกุล หรือโครงสร้างโมเลกุล

เป็นไปได้ที่จะอนุมานเรขาคณิตของโมเลกุลเหล่านี้จากแบบจำลองทางทฤษฎี: แบบจำลองแรงขับของอิเล็กตรอนคู่ในเปลือกเวเลนซ์ (RPECV). โมเดลนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการแสดงเรขาคณิตของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมขนาดเล็กและเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ (การแบ่งปันอิเล็กตรอน)

ในบทเรียนนี้จากครู เราจะค้นพบ คำจำกัดความของเรขาคณิตโมเลกุลและตัวอย่าง ด้วยวิธีนี้ คุณจะได้เรียนรู้ว่าแบบจำลอง RPECV ประกอบด้วยอะไร วิธีการอนุมานเรขาคณิตของโมเลกุลด้วยวิธีนี้และตัวอย่างบางส่วน

ดัชนี

1. คำจำกัดความของเรขาคณิตโมเลกุล
2. ตัวอย่างเรขาคณิตโมเลกุล
3. รู้จักโครงสร้างลูอิสของโมเลกุล
4. แบบจำลองการผลักคู่อิเล็กตรอนของวาเลนซ์เชลล์ (RPECV)

เรขาคณิตโมเลกุลหรือโครงสร้างโมเลกุลคือ ทางอะตอม พบโมเลกุล ถูกจัดวางในอวกาศ.

โครงสร้างสามมิตินี้ (เรขาคณิตโมเลกุล) มา กำหนดโดยชุดของกองกำลัง ที่ยึดอะตอมไว้ด้วยกันในรูปแบบเฉพาะ ในบรรดาแรงที่กำหนดเรขาคณิตของโมเลกุลที่สำคัญที่สุดคือ ลิงค์ ว่า อะตอม นอนลงต่อกันเพื่อ ก่อตัวเป็นโมเลกุล.

เรขาคณิตของโมเลกุลมีความสำคัญมาก เพราะมันเป็นตัวกำหนดลักษณะทางเคมีกายภาพของสสาร ตัวอย่างเช่น: โมเลกุล H2O มีรูปทรงเชิงมุมที่กำหนดโดยพันธะที่ก่อตัวขึ้น การใช้รูปทรงมุมฉากนี้ทำให้โมเลกุลของน้ำเป็นไดโพลไฟฟ้าและมีคุณสมบัติพิเศษ ด้วยรูปทรงทางเรขาคณิต น้ำจึงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง จึงสามารถละลายสารได้หลายชนิด ฯลฯ

เห็นได้ชัดว่าเมื่อพิจารณาจากขนาดของโมเลกุลแล้ว เรขาคณิตของพวกมันจะไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงและต้องอนุมานด้วยวิธีทางอ้อม นอกจากนี้ จำเป็นต้องแสดงรูปทรงเรขาคณิตเหล่านี้โดยใช้แบบจำลองทางทฤษฎี

แบบจำลองทางทฤษฎีเหล่านี้ทำให้เราสามารถกำหนดว่าเรขาคณิตของโมเลกุลเป็นอย่างไรจากสูตรโมเลกุลของมัน

ดังที่เราได้เห็นในส่วนที่แล้ว อะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลสามารถได้รับการจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน (เรขาคณิต) ในส่วนนี้ เราจะมาดูตัวอย่างเรขาคณิตของโมเลกุล

เรขาคณิตสองมิติ

ในบางกรณี โมเลกุลจะได้รูปทรงแบนหรือสองมิติ กล่าวคือ เป็นโครงสร้างที่มีเพียงสองมิติและครอบครองพื้นผิว (ไม่มีปริมาตร)

เรขาคณิตเชิงเส้น

เป็นเรขาคณิตที่ง่ายที่สุด เป็นเรื่องเกี่ยวกับโมเลกุลที่อะตอมเชื่อมต่อกันเป็นเส้นตรง โมเลกุลทั้งหมดที่ประกอบด้วยสองอะตอมเป็นเส้นตรง แต่เรขาคณิตนี้ยังเกิดขึ้นในโมเลกุลที่ประกอบด้วยสามอะตอม

ตัวอย่างของโมเลกุลเชิงเส้น:
เกิดจากสองอะตอม: ก๊าซไดอะตอมทั้งหมดเช่น O2, H2

ประกอบด้วยสามอะตอม: CO2 (คาร์บอนไดออกไซด์)

เรขาคณิตเชิงมุม

พวกมันคือโมเลกุลที่ประกอบด้วยสามอะตอมที่มารวมกันเป็นมุม แอมพลิจูดของมุมที่เกิดขึ้นอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของอะตอมที่ก่อตัว แอมพลิจูดของมุมที่เกิดจากโมเลกุลเชิงมุมมีค่าระหว่าง90ºและ120º

ตัวอย่าง: H2O, SO2 (ซัลเฟอร์ไดออกไซด์), SnCl2 (ทินไดคลอไรด์)

เรขาคณิตสามเหลี่ยม

พวกมันคือโมเลกุลที่ประกอบด้วยสี่อะตอม โดยหนึ่งอะตอมตั้งอยู่ตรงกลางของสามเหลี่ยมจินตภาพ และอีกสามอะตอมที่เหลืออยู่ในจุดยอดแต่ละจุดของสามเหลี่ยม

ตัวอย่าง: SO3 (ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์), NO3^- (ไนเตรตไอออน)

เรขาคณิตสี่เหลี่ยม

โมเลกุลที่มีรูปทรงนี้มี 5 อะตอม อันหนึ่งตั้งอยู่ตรงกลางสี่เหลี่ยมจัตุรัส และอีก 4 อันอยู่ในจุดยอดแต่ละอันของรูป

ตัวอย่าง: XeF4 (ซีนอนไตรฟลูออไรด์)

เรขาคณิตสามมิติ

พวกมันมีสามมิติ นั่นคือ พวกมันมีปริมาตร เรขาคณิตของโมเลกุล 3 มิติมีความหลากหลายมาก ในที่นี้เราจะดูตัวอย่างเพียงไม่กี่

เรขาคณิตจัตุรมุข

เรขาคณิตนี้เป็นรูปทรงเรขาคณิตที่นำเสนอโดยโมเลกุลบางตัวที่เกิดจากอะตอมห้าอะตอมในนั้นจะมีอะตอมอยู่ใน located ศูนย์กลางของลูกบาศก์จินตภาพและอะตอมที่เหลืออีกสี่อะตอมจะอยู่ที่จุดยอดของลูกบาศก์ (จัตุรมุข)

ตัวอย่าง: CH4 (มีเทน), MnO4^-(เปอร์แมงกาเนตไอออน)

เรขาคณิตเสี้ยมตรีโกณมิติ

พวกมันคือโมเลกุลที่มีอะตอมสี่ตัวจัดเรียงกันที่จุดยอดทั้งสี่ของปิรามิดที่มีฐานเป็นรูปสามเหลี่ยม

ตัวอย่าง: NH3 (แอมโมเนีย), PH3 (ฟอสฟีน)

เรขาคณิตเสี้ยมทรงสี่เหลี่ยม

ในกรณีนี้ จำนวนอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลคือหกและห้าอะตอมจะจัดเรียงอยู่ใน จุดยอดของปิรามิดที่มีฐานสี่เหลี่ยมในขณะที่จุดหกตรงบริเวณศูนย์กลางของสี่เหลี่ยมจัตุรัสของ of ฐาน.

ตัวอย่าง: ClF5 (คลอรีนเพนตาฟลูออไรด์)

ก่อนที่คุณจะสามารถใช้ วิธี RPECV จำเป็นต้องรู้ว่ามันคืออะไร โครงสร้างลูอิส ของโมเลกุลและสำหรับสิ่งนี้คุณต้องรู้ก่อนว่า การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์จากชั้นบาเลนเซีย ของอะตอมต่างๆ ที่ประกอบเป็นโมเลกุล

ดังนั้นก่อนที่จะกำหนดเรขาคณิตของโมเลกุลได้ จำเป็นต้องดำเนินการตามขั้นตอนเบื้องต้นดังนี้

• ถึง. รับการกำหนดค่าอิเล็กตรอน ของอะตอมต่างๆ ที่ประกอบเป็นโมเลกุล
• ข. กำหนดจำนวนอิเล็กตรอนของเปลือกวาเลนซ์ ของแต่ละอะตอม อิเล็กตรอนในเปลือกเวเลนซ์คืออิเล็กตรอนที่อะตอมสามารถใช้เพื่อสร้างพันธะ
• ค. อนุมานโครงสร้างลูอิส โดยคำนึงถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่แต่ละอะตอมมีอยู่ในเปลือกเวเลนซ์

ภาพ: Slideplayer

ใน โครงสร้างลูอิส แต่ละอะตอมที่ถูกผูกมัดจะต้องพบกับ กฎออคเต็ต เมื่ออะตอมปฏิบัติตามกฎออคเต็ต อะตอมจะถูกล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนสี่คู่ที่สามารถเป็นอิเล็กตรอนที่เป็นส่วนหนึ่งของ พันธะ (พันธะคู่อิเล็กตรอน) หรือคู่อิเล็กตรอนที่ไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะ (คู่อิเล็กตรอนไม่ ผูกพัน).

ดังที่เราจะได้เห็นกัน เมื่อโครงสร้างลูอิสของโมเลกุลถูกกำหนดแล้ว ให้อนุมานได้ว่า เรขาคณิตโดยใช้แบบจำลองแรงขับของคู่อิเล็กตรอนของเปลือกเวเลนซ์มีค่ามาก ง่าย.

ตามแบบจำลองการแสดงนี้ ลิแกนด์ (X) และคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ผูกมัด (E) ถูกจัดเรียงรอบอะตอมกลาง (A) เพื่อให้ระยะห่างระหว่างพวกมันมีค่าสูงสุด ผลรวมของลิแกนด์และคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ผูกมัด (X + E) กำหนดประเภทของเรขาคณิตของโมเลกุล

X + E = 2

เรขาคณิตเชิงเส้น

AX2: โมเลกุลที่เกิดจากลิแกนด์สองอะตอมที่เกาะกับอะตอมกลาง central

ตัวอย่าง: เบริลเลียมไฮไดรด์ (BeH2)

X + E = 3

เรขาคณิตระนาบสามเหลี่ยม (สามเหลี่ยมด้านเท่า)

AX3: โมเลกุลประกอบด้วยสามอะตอมที่ยึดติดกับอะตอมกลาง

ตัวอย่าง: คลอไรด์บางชนิด เช่น โบรอนหรืออะลูมิเนียม (BCl3, AlCl3)

เรขาคณิตเชิงมุม (มุม120º)

AX2E: โมเลกุลที่มีอะตอมตรงกลางติดอยู่กับลิแกนด์สองตัวและอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ไม่มีพันธะ

ตัวอย่าง: ทิน (II) คลอไรด์ (Sn2Cl)

X + E = 4

เรขาคณิตจัตุรมุข

AX4: โมเลกุลที่มีอะตอมตรงกลางมีแกนด์สี่ตัวเรียงตัวกันเป็นพันธะเพื่อให้แกนด์เป็น พวกมันมีลูกบาศก์ที่จุดยอดของเส้นทแยงมุมตรงข้ามซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่อะตอมกลาง

ตัวอย่าง: โมเลกุล เช่น มีเทน (CH4) ซิลิกอนคลอไรด์ (SiCl4) หรือคาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl4) นำเสนอเรขาคณิตนี้

เรขาคณิตพีระมิดตรีโกณมิติ

AX3E: โมเลกุลที่มี 3 ลิแกนด์และ 1 คู่อิเล็กตรอนเดี่ยวซึ่งอะตอมของลิแกนด์ทั้งสามถูกจัดเรียงให้ก่อตัว ฐานของปิรามิดที่มีฐานเป็นรูปสามเหลี่ยมซึ่งอะตอมกลางอยู่ในจุดยอดบนของดังกล่าว ปิรามิด

ตัวอย่าง: หนึ่งในโมเลกุลที่มีรูปทรงนี้คือแอมโมเนีย (NH3)

เรขาคณิตเชิงมุม (มุม109º)

AX2E2: ลิแกนด์สองตัวและอะตอมตรงกลางเรียงตัวกันเป็นมุม109º

ตัวอย่าง: น้ำ (H2O) เป็นหนึ่งในโมเลกุลที่มีรูปทรงนี้

Gเรขาคณิตเชิงเส้น

AX3: เนื่องจากมีลิแกนด์เพียงตัวเดียวติดอยู่กับอะตอมกลาง เรขาคณิตจึงเป็นเส้นตรง

ตัวอย่าง: ไฮโดรเจนฟลูออไรด์หรือกรดไฮโดรฟลูออริก (HF)

X + E = 5

เรขาคณิตไบพีระมิดแบบตรีโกณมิติ

AX5: โมเลกุลนี้มีรูปเรขาคณิตของปิรามิดที่อยู่ตรงข้ามกัน 2 อัน โดยมีฐานรูปสามเหลี่ยมร่วมกันทั้งสอง อะตอมตรงกลางถูกจัดเรียงไว้ตรงกลาง ส่วนลิแกนด์จะอยู่ที่จุดยอด

ตัวอย่าง: ฟอสฟอรัสเพนทาคลอไรด์ (PCl5)

เรขาคณิตไดชีนอยด์

AX4E: ในเรขาคณิตประเภทนี้ อะตอมจะได้รับการจัดเรียงที่คล้ายกับโครงสร้างของชิงช้ากระดานหก

ตัวอย่าง: Tetra sulfur fluoride (SF4)

เรขาคณิต T

AX3E2: โมเลกุลมีรูปร่างเหมือนตัวอักษร T โดยมีแกนด์อยู่ที่ปลายตัวอักษรและอะตอมตรงกลางอยู่ที่จุดที่เส้นสองเส้นที่มาบรรจบกัน

ตัวอย่าง: คลอรีนไตรฟลูออไรด์ (ClF3)

เรขาคณิตเชิงเส้น

AX2E3: ในกรณีนี้ อะตอมทั้งสามของโมเลกุลจะจัดเรียงตามอะตอมกลางในตำแหน่งตรงกลาง

ตัวอย่าง: ซีนอนไดฟลูออไรด์ (F2Xe)

X + E = 6

เรขาคณิตแปดด้าน

AX6: โมเลกุลประเภทนี้มีโครงสร้างที่คล้ายกับรูปแปดด้านซึ่งอะตอมกลางจะครอบครองจุดศูนย์กลางของรูปทรงเรขาคณิตและแกนด์ทั้งหกจุดแต่ละจุด

ตัวอย่าง: ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ (SF6)

พีระมิดฐานสี่เหลี่ยม

AX5E: ในกรณีนี้ อะตอมจะก่อตัวเป็นรูปที่อะตอมกลางตรงบริเวณศูนย์กลางของฐานและแกนด์จับจุดยอดทั้งห้าของรูป

ตัวอย่าง: โบรมีนเพนทาฟลูออไรด์ (BrF5)

เรขาคณิตสี่เหลี่ยมระนาบ

AX4E2: อะตอมได้รับการจัดเรียงรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสซึ่งอะตอมกลางตรงบริเวณจุดศูนย์กลางของรูปและลิแกนด์แต่ละจุด

ตัวอย่าง: ซีนอนเตตระฟลูออไรด์ไอออน (XeF4)

หากคุณต้องการอ่านบทความเพิ่มเติมที่คล้ายกับ เรขาคณิตโมเลกุล: ความหมายและตัวอย่างเราขอแนะนำให้คุณป้อนหมวดหมู่ของเรา อะตอม.

Alejandrina Gallego Picó, Rosa Mª Garcinuño Martínez, Mª José Morcillo Ortega, Miguel Ángel Vázquez Segura (2018) เคมีพื้นฐาน. มาดริด: Uned