Các loại hình học phân tử và ví dụ

các hình học phân tử o cấu trúc phân tử là sự phân bố không gian của các nguyên tử xung quanh một nguyên tử trung tâm. Các nguyên tử đại diện cho các khu vực có mật độ điện tử cao và do đó được coi là các nhóm điện tử, bất kể các liên kết hình thành (đơn, đôi hoặc ba).

Khái niệm này được sinh ra từ tài liệu phối hợp và thực nghiệm của hai triết lý : link hóa trị ( TEV ) và lực đẩy của các cặp điện tử của vỏ hóa trị ( VSPR ). Trong khi cái tiên phong xác lập các link và góc của chúng, thì cái thứ hai thiết lập hình học và do đó, cấu trúc phân tử.

Những hình dạng hình học là các phân tử có khả năng áp dụng? Hai lý thuyết trước cung cấp câu trả lời. Theo VSEPR, các nguyên tử và cặp electron tự do phải được sắp xếp trong không gian theo cách để giảm thiểu lực đẩy tĩnh điện giữa chúng..

Vì vậy, các hình dạng hình học không phải là tùy ý, nhưng tìm kiếm phong cách thiết kế không thay đổi nhất. Ví dụ, trong hình trên, một hình tam giác hoàn toàn có thể được nhìn thấy ở bên trái và một hình bát diện ở bên phải. Các chấm màu xanh lá cây đại diện thay mặt cho các nguyên tử và các sọc màu cam các link .Trong tam giác, ba điểm màu xanh lá cây được khuynh hướng trong một khoảng cách 120 º. Góc này, tương tự với góc của link, được cho phép các nguyên tử đẩy nhau càng ít càng tốt. Do đó, một phân tử có nguyên tử TT gắn liền với ba nguyên tử khác sẽ vận dụng hình học mặt phẳng lượng giác .Tuy nhiên, VSCR Dự kiến rằng một cặp electron tự do trong nguyên tử TT sẽ làm biến dạng hình học. Đối với trường hợp mặt phẳng lượng giác, cặp này sẽ đẩy xuống ba điểm màu xanh lá cây, dẫn đến hình dạng kim tự tháp lượng giác .Điều tương tự như cũng hoàn toàn có thể xảy ra với khối bát diện của hình ảnh. Trong đó toàn bộ các nguyên tử được tách ra theo cách không thay đổi nhất hoàn toàn có thể .Chỉ số

• 1 Làm thế nào để biết trước hình dạng phân tử của nguyên tử X?
• 2 loại
  • 2.1 Tuyến tính
  • 2.2 Góc
  • 2.3 tứ diện
  • 2.4 Kim tự tháp lượng giác
  • 2.5 Nhà thờ
  • 2.6 Hình học phân tử khác
• 3 ví dụ
  • 3.1 Hình học tuyến tính
  • 3.2 Hình học góc
  • 3.3 Kế hoạch lượng giác
  • 3,4 tứ diện
  • 3.5 Kim tự tháp lượng giác
  • Kim tự tháp lượng giác 3,6
  • 3.7 Dao động
  • 3,8 Hình dạng của T
  • 3.9 Nhà thờ
• 4 tài liệu tham khảo

Làm thế nào để biết trước hình dạng phân tử của nguyên tử X?

Đối với điều này, cũng cần phải coi các cặp electron tự do là các nhóm điện tử. Những thứ này, cùng với các nguyên tử, sẽ định nghĩa cái được gọi là hình học điện tử, đó là một người bạn sát cánh không hề tách rời của hình học phân tử .Từ hình học điện tử, và được phát hiện bởi cấu trúc Lewis các cặp electron tự do, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thiết lập hình dạng phân tử sẽ là gì. Tổng của toàn bộ các hình học phân tử sẽ phân phối một phác thảo về cấu trúc toàn thế giới .

Các loại

Như đã thấy trong hình ảnh chính, hình học phân tử nhờ vào vào số lượng nguyên tử bao quanh nguyên tử TT. Tuy nhiên, nếu một cặp electron xuất hiện mà không san sẻ, nó sẽ sửa đổi hình học vì nó chiếm rất nhiều âm lượng. Do đó, nó có tính năng khoảng trống .Theo đó, hình học hoàn toàn có thể trình diễn một loạt các hình dạng đặc trưng cho nhiều phân tử. Và đây là nơi phát sinh các loại hình học phân tử hoặc cấu trúc phân tử khác nhau .Khi nào hình học bằng cấu trúc ? Cả hai chỉ bộc lộ giống nhau trong trường hợp cấu trúc không có nhiều hơn một loại hình học ; mặt khác, tổng thể các loại hiện tại phải được xem xét và cấu trúc được đặt tên toàn thế giới ( tuyến tính, phân nhánh, hình cầu, phẳng, v.v. ) .Hình học đặc biệt quan trọng hữu dụng để lý giải cấu trúc của vật rắn từ các đơn vị chức năng cấu trúc của nó .

Tuyến tính

Tất cả các link cộng hóa trị là hướng, thế cho nên link A – B là tuyến tính. Nhưng phân tử AB sẽ tuyến tính ? 2 ? Nếu có, hình học được màn biểu diễn đơn thuần là : B-A-B. Hai nguyên tử B cách nhau một góc 180 ° và theo TEV, A phải có quỹ đạo lai sp .

Góc

Nó hoàn toàn có thể được giả sử trong trường hợp tiên phong một hình học tuyến tính cho phân tử AB2 ; tuy nhiên, điều thiết yếu là vẽ cấu trúc của Lewis trước khi đưa ra Tóm lại. Vẽ cấu trúc của Lewis, người ta hoàn toàn có thể xác lập số cặp electron mà không cần san sẻ ( 🙂 trên nguyên tử của A. Khi điều này là như vậy, trên đầu các cặp electron, chúng đẩy hai nguyên tử B xuống, đổi khác góc của chúng. Kết quả là, phân tử tuyến tính B-A-B ở đầu cuối trở thành V, boomerang hoặc hình học góc ( hình trên cùng )Phân tử nước, H-O-H, là ví dụ lý tưởng cho loại hình học này. Trong nguyên tử oxy có hai cặp electron mà không san sẻ được xu thế ở góc xê dịch 109 º .Tại sao góc này ? Bởi vì hình học điện tử là tứ diện, có bốn đỉnh : hai cho nguyên tử H và hai cho electron. Trong hình trên chú ý quan tâm rằng các chấm màu xanh lá cây và hai ” thùy có mắt ” vẽ một khối tứ diện có điểm hơi xanh ở tâm của nó .Nếu O không có cặp electron tự do, nước sẽ tạo thành một phân tử tuyến tính, sự phân cực của nó sẽ giảm và đại dương, biển, hồ, v.v., có lẽ rằng sẽ không sống sót như chúng đã biết .

Tứ diện

Hình trên đại diện thay mặt cho hình học tứ diện. Đối với phân tử nước, hình học điện tử của nó là tứ diện, nhưng bằng cách vô hiệu các cặp không có electron, hoàn toàn có thể nhận thấy rằng nó được chuyển thành hình dạng góc. Điều này cũng được quan sát đơn thuần bằng cách vô hiệu hai chấm màu xanh lá cây ; hai người còn lại sẽ vẽ chữ V có chấm màu xanh .Điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì hai cặp electron tự do chỉ có một ? Sau đó sẽ có một mặt phẳng lượng giác ( ảnh chính ). Tuy nhiên, bằng cách vô hiệu một nhóm điện tử, không hề tránh được hiệu ứng khoảng trống được tạo ra bởi cặp electron tự do. Do đó, nó làm biến dạng mặt phẳng lượng giác thành một hình chóp đáy hình tam giác : Mặc dù hình học phân tử hình chóp tam giác và tứ diện là khác nhau, hình học điện tử là như nhau : tứ diện. Vì vậy, kim tự tháp lượng giác không được tính là hình học điện tử ?Câu vấn đáp là không, vì nó là mẫu sản phẩm của sự biến dạng gây ra bởi ” thùy có mắt ” và hiệu ứng không rõ ràng của nó, và hình học này không tính đến các biến dạng sau này .Vì nguyên do này, điều quan trọng tiên phong là xác lập hình học điện tử với sự trợ giúp của các cấu trúc Lewis trước khi xác lập hình học phân tử. Phân tử amoniac, NH3, là một ví dụ về hình học phân tử hình chóp tam giác, nhưng với hình học điện tử tứ diện .

Kim tự tháp lượng giác

Cho đến nay, ngoại trừ hình học tuyến tính, trong tứ diện, hình chóp góc và hình tam giác, các nguyên tử TT của nó có sự lai hóa sp3, theo TEV. Điều này có nghĩa là nếu các góc link của bạn được xác lập bằng thực nghiệm, thì chúng phải ở khoảng chừng 109 º .Từ hình học lưỡng cực lượng giác, có năm nhóm điện tử xung quanh nguyên tử TT. Trong hình trên, bạn hoàn toàn có thể thấy với năm điểm màu xanh lá cây ; ba ở đáy hình tam giác, và hai ở vị trí trục, là đỉnh trên cùng và dưới cùng của kim tự tháp .Những dấu chấm màu xanh nào có sau đó ? Nó cần năm quỹ đạo lai để tạo thành các link đơn thuần ( màu cam ). Điều này đạt được trải qua năm quỹ đạo sp3d ( mẫu sản phẩm của hỗn hợp quỹ đạo s, ba p và d ) .Khi xem xét năm nhóm điện tử, hình học là nhóm đã được trình diện, nhưng có các cặp electron mà không san sẻ, nhóm này lại bị biến dạng tạo ra các hình học khác. Ngoài ra, câu hỏi sau đây phát sinh : những cặp này hoàn toàn có thể chiếm vị trí nào trong kim tự tháp không ? Đó là : trục hoặc xích đạo .

Vị trí trục và xích đạo

Các điểm màu xanh lá cây tạo nên cơ sở hình tam giác nằm ở vị trí xích đạo, trong khi hai điểm ở đầu trên và dưới, ở vị trí trục. Trường hợp nào tốt nhất là cặp electron mà không san sẻ sẽ được đặt ở đâu ? Ở vị trí đó giảm thiểu lực đẩy tĩnh điện và hiệu ứng khoảng trống .Ở vị trí trục, cặp electron sẽ ” ấn ” vuông góc ( 90 ) ) trên đế hình tam giác, trong khi nếu ở vị trí xích đạo, hai nhóm điện tử còn lại của cơ sở sẽ cách nhau 120 độ và nhấn cả hai đầu ở 90 độ ( thay vì ba, như với cơ sở ) .Do đó, nguyên tử TT sẽ tìm cách xu thế các cặp không có electron ở các vị trí xích đạo để tạo ra các hình học phân tử không thay đổi hơn .

Dao động và hình chữ T

Nếu hình học lưỡng cực lượng giác là thay thế sửa chữa một hoặc nhiều nguyên tử của nó bằng các cặp không có electron, thì nó cũng sẽ có hình học phân tử khác nhau .Ở bên trái của hình ảnh trên cùng, hình học biến hóa thành hình dạng giao động. Trong đó, cặp electron tự do đẩy phần còn lại của bốn nguyên tử theo cùng một hướng, gấp các link của chúng sang trái. Lưu ý rằng cặp này và hai trong số các nguyên tử nằm trong cùng một mặt phẳng tam giác của kim tự tháp gốc .Và ở bên phải của hình ảnh, hình học hình chữ T. Hình học phân tử này là tác dụng của việc sửa chữa thay thế hai nguyên tử cho hai cặp electron, dẫn đến hiệu quả là ba nguyên tử còn lại được xếp thẳng hàng trong cùng một mặt phẳng, vẽ đúng chuẩn một vần âm T .Vì vậy, so với một phân tử loại AB5, nó trải qua hình học bipyramid lượng giác. Tuy nhiên, AB4, với cùng một hình học điện tử, nó sẽ vận dụng hình học giao động ; và AB3, hình học hình chữ T. Trong toàn bộ chúng, A sẽ có ( lai ) sp3d .Để xác lập hình dạng phân tử, cần phải vẽ cấu trúc Lewis và do đó hình học điện tử của nó. Nếu đây là một kim tự tháp ba lượng giác, thì các cặp không có electron sẽ bị vô hiệu, nhưng không tác động ảnh hưởng đến hiệu ứng của chúng so với các nguyên tử còn lại. Vì vậy, hoàn toàn có thể phân biệt tuyệt vời giữa ba hình học phân tử hoàn toàn có thể .

Nhà thờ

Hình học phân tử bát diện được biểu lộ ở bên phải của hình ảnh chính. Loại hình học này tương ứng với các hợp chất AB6. AB4 chúng tạo thành cơ sở hình vuông vắn, trong khi hai B còn lại được đặt ở vị trí trục. Do đó, một số ít hình tam giác đều được hình thành, đó là các mặt của khối bát diện .

Ở đây, một lần nữa, có thể có (như trong tất cả các hình học điện tử) các cặp electron tự do, và do đó, các hình học phân tử khác xuất phát từ thực tế này. Ví dụ: AB5 với hình học điện tử bát diện bao gồm một hình chóp có đáy vuông và AB4 của một mặt phẳng vuông:

Đối với trường hợp hình học điện tử bát diện, hai hình học phân tử này không thay đổi nhất về lực đẩy tĩnh điện. Trong hình học phẳng vuông, hai cặp electron cách nhau 180 ° .Sự lai tạo cho nguyên tử A trong những hình học này ( hoặc cấu trúc, nếu nó là duy nhất ) là gì ? Một lần nữa, TEV thiết lập rằng đó là sp3d2, sáu quỹ đạo lai, được cho phép A định hướng các nhóm điện tử ở các đỉnh của khối bát diện .

Hình học phân tử khác

Bằng cách sửa đổi các cơ sở của các kim tự tháp được đề cập cho đến nay, một số ít hình học phân tử phức tạp hơn hoàn toàn có thể thu được. Ví dụ, hình chóp ngũ giác dựa trên hình ngũ giác và các hợp chất tạo thành nó có công thức chung AB7 .Giống như các dạng hình học phân tử khác, việc sửa chữa thay thế các nguyên tử B cho các cặp không có electron sẽ làm biến dạng hình học thành các dạng khác .Ngoài ra, các hợp chất AB8 họ hoàn toàn có thể gật đầu hình học như antiprism vuông. Một số hình học hoàn toàn có thể rất phức tạp, đặc biệt quan trọng so với các công thức AB7 trở đi ( lên đến AB12 ) .

Ví dụ

Tiếp theo, một loạt các hợp chất sẽ được đề cập cho mỗi hình học phân tử chính. Như một bài tập, bạn hoàn toàn có thể vẽ các cấu trúc Lewis cho tổng thể các ví dụ và xác nhận nếu, với hình dạng điện tử, bạn có được hình học phân tử như được liệt kê dưới đây ..

Hình học tuyến tính

– Ethylene, H2CCH2- Beryllium clorua, BeCl2 ( Cl-Be-Cl ) – Carbon dioxide, CO2 ( O = C = O )- Nitơ, N2 ( N ≡ N )- Dibromide thủy ngân, HgBr2 ( Br-Hg-Br )- Anion triiodide, tôi3 – ( Tôi-tôi-tôi )- Hydro xyanua, HCN ( H-N ≡ C )Các góc của nó phải là 180 độ, và do đó có phép lai sp .

Hình học góc

–Nước

– Lưu huỳnh đioxit, SO2- Nitrogen dioxide, KHÔNG2- Ozone, O3- Anion Amiduro, NH2 –

Mặt phẳng lượng giác

– Brom trifluoride, BF3- Nhôm trichloride, AlCl3- Anion nitrat, KHÔNG3 — Anion cacbonat, CO32 –

Tứ diện

– Khí metan, CH4- Carbon tetraclorua, CCl4- Cation amoni, NH4 +- Anion sunfat, SO42 –

Kim tự tháp lượng giác

– Amoniac, NH3- Cation hydronium, H3Ôi +

Kim tự tháp lượng giác

– Photpho pentafluoride, PF5- Antimon Pentachloride, SbF5

Dao động

Tetrafluoride lưu huỳnh, SF4

Hình dạng của T

– Iốt trichloride, ICl3- Clifua trifluoride, ClF3 ( cả hai hợp chất được gọi là interhalogens )

Nhà thờ

-Hexafluoride lưu huỳnh, SF6

– Selenium hexafluoride, SeF6- Hexafluorophosphate, PF6 -Để đạt đến đỉnh điểm, hình học phân tử là những gì lý giải các quan sát về đặc thù hóa học hoặc vật lý của vật chất. Tuy nhiên, nó được khuynh hướng theo hình học điện tử, do đó, cái sau phải luôn được xác lập trước cái tiên phong .

Tài liệu tham khảo

1. Whites, Davis, Peck & Stanley. Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập CENGAGE, trang 194-198.
2. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa vô cơ (Ấn bản thứ tư., Trang 23, 24, 80, 169). Đồi Mc Graw.
3. Đánh dấu E. Tuckerman. (2011). Hình học phân tử và lý thuyết VSEPR. Lấy từ: nyu.edu
4. Hóa học ảo, Charles E. Ophardt. (2003). Giới thiệu về Hình học phân tử. Lấy từ: chem.elmhurst.edu
5. Hóa học LibreTexts. (Ngày 8 tháng 9 năm 2016). Hình học của các phân tử. Lấy từ: chem.libretexts.org