Jenis dan contoh geometri molekul



The geometri molekul o struktur molekul adalah pengedaran spatial atom di sekitar atom pusat. Atom mewakili kawasan di mana terdapat ketumpatan elektronik yang tinggi, dan oleh itu dianggap kumpulan elektronik, tanpa mengira hubungan yang membentuk (tunggal, dua atau tiga).

Konsep ini berasal dari gabungan dan data bagi dua teori: ikatan valens (TEV) dan tolakan pasangan elektron petala valens (VSEPR). Walaupun yang pertama mentakrifkan hubungan dan sudutnya, yang kedua menetapkan geometri dan, oleh itu, struktur molekul.

Bentuk geometri apakah yang boleh digunakan oleh molekul? Dua teori sebelumnya memberikan jawapan. Menurut VSEPR, atom-atom dan pasang elektron bebas mesti disusun di angkasa dengan cara sedemikian meminimumkan penolakan elektrostatik di antara mereka..

Oleh itu, bentuk geometri tidak sewenang-wenangnya, tetapi mencari reka bentuk yang paling stabil. Sebagai contoh, dalam imej atas segitiga boleh dilihat di sebelah kiri, dan sebuah octahedron di sebelah kanan. Titik-titik hijau mewakili atom-atom dan jalur oren yang menghubungkannya.

Dalam segitiga, tiga titik hijau berorientasikan pada pemisahan 120º. Sudut ini, yang bersamaan dengan ikatan tersebut, membolehkan atom-atom mengusir satu sama lain sesedikit mungkin. Oleh itu, satu molekul dengan atom pusat yang dilampirkan kepada tiga orang lain akan menggunakan geometri satah trigonal.

Walau bagaimanapun, VSCR meramalkan bahawa pasangan elektron bebas di atom pusat akan memesongkan geometri. Bagi kes pesawat trigonal, pasangan ini akan menolak tiga titik hijau, menghasilkan geometri piramid trigonal.

Begitu juga dengan octahedron imej. Di dalamnya semua atom dipisahkan dengan cara yang paling stabil.

Indeks

  • 1 Bagaimana untuk mengetahui terlebih dahulu geometri molekul atom X?
  • 2 Jenis
    • 2.1 Linear
    • 2.2 sudut
    • 2.3 Tetrahedral
    • 2.4 Bipyramid Trigonal
    • 2.5 Octahedral
    • 2.6 Geometri molekul lain
  • 3 Contoh
    • 3.1 Geometri garis lurus
    • 3.2 Geometri sudut
    • 3.3 Pelan Trigonal
    • 3.4 Tetrahedral
    • 3.5 piramid Trigonal
    • 3.6 Bipyramid trigonal
    • 3.7 Oscillating
    • 3.8 Bentuk T
    • 3.9 Octahedral
  • 4 Rujukan

Bagaimana untuk mengetahui terlebih dahulu geometri molekul atom X?

Untuk ini, perlu juga mempertimbangkan pasangan elektron bebas sebagai kumpulan elektronik. Ini, bersama dengan atom, akan menentukan apa yang dikenali sebagai geometri elektronik, yang merupakan pendamping yang tidak dapat dipisahkan daripada geometri molekul.

Dari geometri elektronik, dan setelah dikesan oleh struktur Lewis pasangan elektron bebas, kita dapat menentukan apa geometri molekulnya. Jumlah semua geometri molekul akan memberikan garis besar struktur global.

Jenis

Seperti yang dilihat dalam imej utama, geometri molekul bergantung pada berapa banyak atom mengelilingi atom pusat. Walau bagaimanapun, jika sepasang elektron hadir tanpa berkongsi, ia akan mengubah geometri kerana ia menduduki banyak kelantangan. Oleh itu, ia menghasilkan kesan sterik.

Mengikut ini, geometri boleh mengemukakan beberapa bentuk ciri-ciri untuk banyak molekul. Dan ini adalah di mana pelbagai jenis geometri molekul atau struktur molekul timbul.

Bilakah geometri sama dengan struktur? Kedua-duanya menandakan yang sama hanya dalam kes-kes di mana struktur tidak mempunyai lebih daripada satu jenis geometri; jika tidak, semua jenis sekarang mesti dipertimbangkan dan struktur diberi nama global (linear, bercabang, globular, rata, dan lain-lain).

Geometri amat berguna untuk menjelaskan struktur pepejal dari unit strukturnya.

Linear

Semua ikatan kovalen adalah arah, jadi pautan A-B adalah linear. Akankah molekul AB menjadi linear?2? Jika ya, geometri hanya diwakili sebagai: B-A-B. Kedua-dua atom B dipisahkan dengan sudut 180 °, dan menurut TEV, A mesti mempunyai orbital hibrid sp.

Sudut

Ia boleh dianggap sebagai contoh geometri linear untuk molekul AB2; Walau bagaimanapun, adalah penting untuk menarik struktur Lewis sebelum mencapai kesimpulan. Melukis struktur Lewis, seseorang dapat mengenal pasti bilangan pasangan elektron tanpa berkongsi (:) pada atom A.

Apabila ini begitu, di atas pasangan elektron mereka menolak kedua-dua atom B turun, mengubah sudut mereka. Akibatnya, molekul linear B-A-B berakhir menjadi V, bumerang atau geometri sudut (imej atas)

Molekul air, H-O-H, adalah contoh ideal untuk jenis geometri ini. Dalam atom oksigen terdapat dua pasang elektron tanpa perkongsian yang berorientasikan pada sudut anggaran 109º.

Kenapa sudut ini? Kerana geometri elektronik adalah tetrahedral, yang mempunyai empat titik: dua untuk atom H, dan dua untuk elektron. Dalam imej di atas ambil perhatian bahawa titik-titik hijau dan dua "lobus dengan mata" melukis tetrahedron dengan titik kebiruan di pusatnya.

Jika O tidak mempunyai percuma elektron pasang, air membentuk molekul linear, dan mengurangkan lautan kutub, laut, tasik, dan lain-lain, mungkin tidak wujud sebagai diketahui.

Tetrahedral

Imej atas mewakili geometri tetrahedral. Untuk molekul air, geometri elektroniknya adalah tetrahedral, tetapi dengan menghapuskan pasangan bebas elektron, dapat dilihat bahawa ia berubah menjadi geometri sudut. Ini juga diperhatikan hanya dengan menghapuskan dua titik hijau; baki dua akan menarik V dengan titik biru.

Bagaimana jika bukan dua pasang elektron bebas hanya ada satu? Kemudian akan ada pesawat trigonal (imej utama). Walau bagaimanapun, dengan menghapuskan kumpulan elektronik, kesan sterik yang dihasilkan oleh sepasang elektron bebas tidak dapat dielakkan. Oleh itu, ia mengganggu pesawat trigonal ke piramid asas segitiga:

Walaupun geometri molekul piramid dan tetrahedral berbeza, geometri elektronik adalah sama: tetrahedral. Oleh itu, piramid trigonal tidak dikira sebagai geometri elektronik?

jawapannya tidak, kerana ia adalah hasil daripada gangguan yang disebabkan oleh "mata lobe" dan kesan sterik, dan geometri yang tidak mengambil kira gangguan berikutnya.

Atas sebab ini, selalu penting untuk pertama kali menentukan geometri elektronik dengan bantuan struktur Lewis sebelum menentukan geometri molekul. Molekul ammonia, NH3, adalah contoh geometri molekul piramid trigonal, tetapi dengan geometri elektronik tetrahedral.

Bipyramid Trigonal

Sehingga kini, dengan pengecualian geometri linier, dalam tetrahedral, piramid sudut dan trigonal atom pusatnya mempunyai sp hibridisasi3, menurut TEV. Ini bermakna jika sudut pautan anda ditentukan secara eksperimen, mereka harus berada di sekitar 109º.

Dari geometri tersampingan trigonal, terdapat lima kumpulan elektronik di sekitar atom pusat. Dalam imej atas boleh dilihat dengan lima titik hijau; tiga dalam asas segi tiga, dan dua dalam kedudukan paksi, yang merupakan puncak dan bahagian bawah piramid.

Apakah hibridisasi apakah titik biru itu pada masa itu? Ia memerlukan lima orbital hibrid untuk membentuk ikatan mudah (oren). Ini dicapai melalui lima orbital sp3d (produk campuran orbital, tiga p dan d).

Apabila mempertimbangkan lima kumpulan elektronik, geometri adalah yang sudah terdedah, tetapi mempunyai pasang elektron tanpa perkongsian, yang satu ini sekali lagi mempunyai distorsi yang menghasilkan geometri lain. Juga, soalan berikut timbul: boleh pasangan ini menduduki sebarang kedudukan dalam piramid? Ini adalah: paksi atau khatulistiwa.

Kedudukan aksial dan khatulistiwa

Titik-titik hijau yang membentuk pangkal segi tiga berada di kedudukan khatulistiwa, sementara kedua di hujung atas dan bawah, dalam kedudukan paksi. Di mana, lebih disukai, akan pasangan elektron tanpa perkongsian terletak? Dalam kedudukan yang meminimumkan penolakan elektrostatik dan kesan sterik.

Paksi mencari yang pasangan elektron akan "tekanan" serenjang (90) pada asas segi tiga, manakala jika dalam kedudukan khatulistiwa, kumpulan elektronik baki dua asas itu akan menjadi 120 ° selain dan akan menekan kedua-dua hujung 90 ° (bukan tiga, seperti dengan asas).

Oleh itu, atom pusat akan berusaha mengorientasikan pasangan bebas elektronnya dalam kedudukan khatulistiwa untuk menjana geometri molekul yang lebih stabil.

Bentuk berayun dan T

Jika geometri bipyramid trigonal menggantikan satu atau lebih atomnya dengan pasangan bebas elektron, ia juga mempunyai geometri molekul yang berbeza.

Di sebelah kiri imej atas, geometri berubah kepada bentuk berayun. Di dalamnya, sepasang elektron bebas menolak seluruh atom empat ke arah yang sama, melipatgandakan pautan ke kiri. Perhatikan bahawa pasangan ini dan dua atom terletak pada satah segitiga yang sama dari piramid asal.

Dan hak imej, geometri berbentuk T Ini geometri molekul adalah hasil daripada menggantikan dua atom oleh dua pasang elektron, akibatnya menyebabkan tiga atom baki adalah sejajar dalam satah yang sama, membentuk betul-betul satu surat T.

Jadi, untuk molekul jenis AB5, ia mengamalkan geometri bipyramid trigonal. Bagaimanapun, AB4, dengan geometri elektronik yang sama, ia akan menggunakan geometri berayun; dan AB3, bentuk geometri berbentuk T.Dalam kesemuanya A akan mempunyai (secara amnya) sp hibridisasi3d.

Untuk menentukan geometri molekul, diperlukan untuk menarik struktur Lewis dan oleh itu geometri elektroniknya. Jika ini adalah bipyramid trigonal, maka pasangan bebas elektron akan dibuang, tetapi tidak kesan steriknya pada seluruh atom. Oleh itu, adalah mungkin untuk membezakan antara tiga kemungkinan geometri molekul.

Octahedral

Geometri molekular oktakhedral diwakili di sebelah kanan imej utama. Geometri jenis ini sepadan dengan sebatian AB6. AB4 mereka membentuk asas persegi, sementara baki dua B berada dalam posisi paksi. Oleh itu, beberapa segitiga sama sisi terbentuk, yang merupakan wajah octahedron.

Di sini, sekali lagi, mungkin ada (seperti dalam semua geometri elektronik) pasangan elektron bebas, dan oleh itu, geometri molekul lain berasal dari fakta ini. Sebagai contoh, AB5 dengan geometri elektronik octahedral terdiri daripada piramid dengan asas persegi, dan AB4 daripada satah persegi:

Bagi kes geometri elektronik octahedral, kedua-dua geometri molekul ini adalah yang paling stabil dari segi tanggapan elektrostatik. Dalam geometri persegi-satah, kedua pasangan elektron adalah 180 °.

Apakah hibridisasi untuk atom A dalam geometri ini (atau struktur, jika ia adalah satu-satunya)? Sekali lagi, TEV menetapkan bahawa ia adalah sp3d2, enam orbital hibrid, yang membolehkan A untuk mengarahkan kumpulan elektronik di simpang oktashedron.

Geometri molekul lain

Dengan mengubah asas-asas piramid yang disebutkan setakat ini, beberapa geometri molekul yang lebih rumit boleh diperolehi. Sebagai contoh, bipyramid pentagonal adalah berdasarkan pentagon dan sebatian yang membentuk formula umum AB7.

Seperti geometri molekul lain, menggantikan atom B untuk pasangan bebas elektron akan memesongkan geometri ke bentuk lain.

Juga, sebatian AB8 mereka boleh menggunakan geometri seperti antiprism persegi. Sesetengah geometri boleh menjadi sangat rumit, terutamanya untuk formula AB7 dan seterusnya (sehingga AB12).

Contohnya

Seterusnya, satu siri sebatian akan disebutkan untuk setiap geometri molekul utama. Sebagai latihan, anda boleh melukis struktur Lewis untuk semua contoh dan mengesahkan jika, memandangkan geometri elektronik, anda memperoleh geometri molekul seperti yang disenaraikan di bawah..

Geometri linear

-Etilena, H2C≡CH2

-Beryllium chloride, BeCl2 (Cl-Be-Cl)

-Karbon dioksida, CO2 (O = C = O)

-Nitrogen, N2 (N≡N)

-Merkuri dibromide, HgBr2 (Br-Hg-Br)

-Anion triiodide, I3- (I-I-I)

-Hidrogen sianida, HCN (H-N≡C)

Sudutnya mestilah 180º, dan oleh itu mempunyai sp hibridisasi.

Geometri sudut

-Air itu

-Sulfur dioksida, SO2

-Nitrogen dioksida, NO2

-Ozon, O3

-Anion amiduro, NH2-

Pesawat trigonal

-Bromin trifluorida, BF3

-Aluminium trichloride, AlCl3

-Anion nitrat, NO3-

-Anion karbonat, CO32-

Tetrahedral

-Gas metana, CH4

-Karbon tetraklorida, CCl4

-Kation amonium, NH4+

-Anion sulfat, SO42-

Piramid trigonal

-Ammonia, NH3

-Kation hidronium, H3O+

Bipyramid Trigonal

-Phosphorus pentafluoride, PF5

-Antimony Pentachloride, SbF5

Berayun

Sulphur tetrafluoride, SF4

Bentuk T

-Iodine trichloride, ICl3

-Chloride trifluoride, ClF3 (kedua-dua sebatian ini dikenali sebagai interhalogen)

Octahedral

-Sulphur hexafluoride, SF6

-Selenium hexafluoride, SeF6

-Hexafluorophosphate, PF6-

Untuk mencapai kemunculan, geometri molekul adalah apa yang menerangkan pemerhatian sifat kimia atau fizikal bahan. Walau bagaimanapun, ia berorientasikan mengikut geometri elektronik, supaya kedua-duanya mesti ditentukan terlebih dahulu sebelum yang pertama.

Rujukan

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Ed ed.). CENGAGE Learning, p 194-198.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat, ms 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.
  3. Mark E. Tuckerman. (2011). Geometri molekul dan teori VSEPR. Diperolehi daripada: nyu.edu
  4. Chembook Maya, Charles E. Ophardt. (2003). Pengenalan kepada Geometri Molekular. Diperolehi daripada: chemistry.elmhurst.edu
  5. Chemistry FreeTexts. (8 September 2016). Geometri Molekul. Diperolehi daripada: chem.libretexts.org