Μοριακά Πρότυπα (Μοντέλα)

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ1. ∆ΟΜΕΣ LEWIS - ΤΥΠΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (ΚΕΦ. 9.6, 9.9)2. ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ - ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ VSEPR (ΚΕΦ. 10.1)3. ΥΒΡΙ∆ΙΣΜΟΣ ΑΤΟΜΙΚΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΩΝ (ΚΕΦ. 10.3)

Αναγραφή τύπων ή δομών Lewis μεηλεκτρόνια-κουκκίδες

Τα 4 βασικά βήματα για την αναγραφή ενός τύπου Lewis:1. Υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίωνσθένους2. Γράφουμε τη σκελετική δομή* του μορίουχρησιμοποιώντας συνήθως ως κεντρικό άτομο το λιγότεροηλεκτραρνητικό.* Σκελετική δομή είναι ο τύπος που δείχνει απλώς ποια άτομασυνδέονται με ποια μέσα στο μόριο με απλούς δεσμούς.π.χ. η σκελετική δομή του διοξειδίου του άνθρακα είναι Ο–C–Ο

3. Κατανέμουμε τα ηλεκτρόνια στα άτομα πουπεριβάλλουν το κεντρικό άτομο (κανόνας οκτάδας).4. Κατανέμουμε τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια ως ζεύγη στοκεντρικό άτομο.

Άσκηση 4.6

Αναγραφή δομών LewisΓράψτε τον τύπο Lewis για το τριβρωμίδιο τουφωσφόρου, PBr3

1. Υπολογισμός συνολικού αριθμού ηλεκτρονίων σθένους. Ρ: Ομάδα 5Α⇒ 5 ηλεκτρόνια σθένουςBr: Ομάδα 7Α⇒ 7 ηλεκτρόνια σθένουςΟ συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους: 5 + (3 × 7) = 262. Η σκελετική δομή θα έχει ως κεντρικό άτομο το P, επειδή είναι τολιγότερο ηλεκτραρνητικό, και τα άτομα Br ως περιφερειακά:

3. Κατανέμουμε ηλεκτρονικά ζεύγη στα περιφερειακά άτομα έτσι, ώστε να ικανοποιείται ο κανόνας της οκτάδας. (Απαιτούνται 3 × 6 = 18 ηλεκτρόνια.)4. Κατανέμουμε τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια (26 – 24 = 2) στο άτομο Ρ:

∆απανήσαμε 6 από τα 26 ηλεκτρόνιαPBr Br

Br

PBr Br

Br

Άσκηση 4.6

Μοριακή γεωμετρία

Για να προβλέψουμε τη γεωμετρία ενός μορίου του γενικούτύπου ΑΒn, με τη θεωρία VSEPR, ακολουθούμε τα εξήςβήματα:

1. Σχεδιάζουμε τη δομή Lewis του μορίου

2. Βρίσκουμε τα ηλεκτρονικά ζεύγη (δεσμικά ∆ και μονήρη Ε) στο φλοιό σθένους του κεντρικού ατόμου Α.Αν στο μόριο υπάρχει διπλός ή τριπλός δεσμός, τονθεωρούμε ως απλό.

3. Χαρακτηρίζουμε τη γεωμετρία των ηλεκτρονικών ζευγώνκαι τη μοριακή γεωμετρία σύμφωνα με τους πίνακες πουεμφανίζονται στις επόμενες διαφάνειες(ή τους σχετικούς Πίνακες του βιβλίου μας).

1. Κεντρικό άτομο με δύο ή τρία ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιόσθένους

3 0 Επίπεδητριγωνική ΑB3

3 Επίπεδητριγωνική

2 1 Κεκαμμένηή γωνιακή ΑB2E

BeF2

BF3 Μονήρεςζεύγος

SO2

Μοριακή γεωμετρία

Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) Γεωμετρία ΜοριακήΣυνολικά ∆εσμικά Μονήρη ηλ. ζευγών γεωμετρία

(∆) (Ε)2 2 0 Γραμμική Γραμμική ΑB2

2. Κεντρικό άτομο με τέσσερα ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένους

Μοριακή γεωμετρία

Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) ∆ιευθέτηση ΜοριακήΣυνολικά ∆εσμικά Μονήρη ζευγών γεωμετρία

(∆) (Ε)4 0 Τετραεδρική ΑΒ4

4 3 1 Τετραεδρική Τριγωνικήπυραμιδική ΑΒ3Ε

2 2 Κεκαμμένηή γωνιακή ΑΒ2Ε2

CH4

NH3

H2O

3. Κεντρικό άτομο με πέντε ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένουςΜοριακή γεωμετρία

Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) ∆ιευθέτηση ΜοριακήΣυνολικά ∆εσμικά Μονήρη ζευγών γεωμετρία

(∆) (Ε)5 0 Τριγωνική

διπυραμιδική ΑΒ5

4 1 Παραμορφωμένοτετράεδρο ΑΒ4Ε

5 Τριγωνικήδιπυραμιδική

3 2 Σχήματος ΤΑΒ3Ε2

2 3 Γραμμική ΑΒ2Ε3

PCl5

SF4

ClF3

XeF2

Αξονικές και ισημερινές κατευθύνσεις (θέσεις) στηντριγωνική διπυραμιδική διευθέτηση

Τα ηλεκτρονικά ζεύγηκατευθύνονται κατά μήκος των

μαύρων γραμμών προς τιςκορυφές μιας τριγωνικής

διπυραμίδας.Οι αξονικές θέσεις συμβολίζονται

με Α (Axial) καιοι ισημερινές με E (Equatorial).

Από την τριγωνική διπυραμίδα, μπορούμε, με κατάλληλες μετατροπές, να λάβουμε τιςπαράγωγες μοριακές γεωμετρίεςπαραμορφωμένο τετράεδρο, σχήμα Τ καιγραμμική γεωμετρία.

4. Κεντρικό άτομο με έξι ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένους

Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) ∆ιευθέτηση ΜοριακήΣυνολικά ∆εσμικά Μονήρη ζευγών γεωμετρία

(∆) (Ε)6 0 Οκταεδρική ΑΒ6

6 5 1 Οκταεδρική Τετραγωνικήπυραμιδική ΑΒ5Ε

4 2 Επίπεδητετραγωνική ΑΒ4Ε2

SF6

IF5

XeF4

Μοριακή γεωμετρία

Μοριακή τετραεδρική τριγωνική κεκαμμένηγεωμετρία: πυραμιδική

Γενικός τύπος: ΑB4 ΑB3Ε ΑB2Ε2

!!! Τέσσερα ηλεκτρονικά ζεύγη γύρω από το κεντρικό άτομοσημαίνει τετραεδρική διευθέτηση. Το μόριο όμως δεν έχειπάντοτε τετραεδρική γεωμετρία.

CH4 NH3 H2O

Μοριακή γεωμετρία

Γιατί έχουμε αποκλίσεις των γωνιών δεσμών από τις ιδανικές τιμές, όταν υπάρχουν μονήρη ηλεκτρονικά ζεύγη;Ένα μονήρες ζεύγος ηλεκτρονίων απαιτεί περισσότερο χώρο απόένα δεσμικό ζεύγος.Το μονήρες ζεύγος είναι στο χώρο πιο διάχυτο, ενώ το δεσμικόζεύγος συγκρατείται πιο κοντά στους πυρήνες.

Μοριακή γεωμετρία

107ο

ΝΗ3: Το μονήρες ζεύγος στο άτομο του αζώτουδιεκδικεί περισσότερο χώρο από ό,τι τα δεσμικάζεύγη.

105ο

Ανάλογη είναι και η περίπτωση του Η2Ο, όπου όμως τα μονήρη ΗΖ είναι δύο.

Αποκλίσεις των γωνιών δεσμών απότις ιδανικές τιμές έχουμε και όταν ταπεριφερειακά άτομα γύρω από τοκεντρικό άτομο διαφέρουν σεηλεκτραρνητικότητα.

Μοριακή γεωμετρία

Υπό την επίδραση ενός ισχυράηλεκτραρνητικού ατόμου, όπως είναι το Cl, το δεσμικό ΗΖ C–Cl συστέλλεται καιδιεκδικεί λιγότερο χώρο, με αποτέλεσμα ταυπόλοιπα δεσμικά ΗΖ να μπορούν νααπλωθούν περισσότερο.

110o

Χλωρομεθάνιο, CH3Cl

Έτσι, οι γωνίες Η–C–Η μεγαλώνουν, ενώ οι γωνίεςCl–C–Η μικραίνουν.

Τι είναι τα υβριδικά τροχιακά

!!! Τα υβριδικά τροχιακά είναι σε αριθμό ίσα με τα αρχικά ατομικάτροχιακά, διαφέρουν όμως από αυτά ως προς την ενέργεια, τη μορφή

(συμμετρία ηλεκτρονικού νέφους) και τον προσανατολισμό.

Άτομο C Άτομο C Άτομο C (θεμελιώδης κατάσταση) (υβριδισμένο) (στο CΗ4)

δεσμοί C–Η

Υβριδικά τροχιακά: τα τροχιακά τα οποία χρησιμοποιούμε στηνπεριγραφή δεσμών και τα οποία λαμβάνουμε με συνδυασμούςατομικών τροχιακών των μεμονωμένων ατόμων.

Πώς προσανατολίζονται τα sp3 υβριδικά τροχιακά στο χώρο

Ένα μεμονωμένουβριδικό τροχιακόsp3. Από τους δύολοβούς, στο δεσμό

συμμετέχει ομεγάλος λοβός.

Ο τετραεδρικόςπροσανατολισμός των

τεσσάρωνsp3 υβριδικώντροχιακών.

(Οι μικροί λοβοί έχουνπαραλειφθεί για

ευκρίνεια.)

Οι τέσσερις δεσμοίC–H στο μεθάνιοπροέρχονται απόεπικαλύψεις s-sp3.

Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακώνsp, sp2 και sp3 στο χώρο

Γραμμικόςπροσανατολισμός των

δύοsp υβριδικώντροχιακών

Κάθε λοβός παριστάνει ένα υβριδικό τροχιακό(οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια).

Επίπεδος τριγωνικόςπροσανατολισμός

των τριώνsp2 υβριδικώντροχιακών

Τετραεδρικόςπροσανατολισμόςτων τεσσάρωνsp3 υβριδικώντροχιακών

sp sp2 sp3

Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακώνsp3d και sp3d 2 στο χώρο

Τριγωνικός διπυραμιδικόςπροσανατολισμός των πέντε

sp3d υβριδικών τροχιακών

Κάθε λοβός παριστάνει ένα υβριδικό τροχιακό(οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια).

Οκταεδρικόςπροσανατολισμός των έξι

sp3d 2 υβριδικών τροχιακών

sp3d sp3d 2

Οι συνηθισμένοι τύποι υβριδικών τροχιακών και ηαντίστοιχη γεωμετρική τους διευθέτηση (προσανατολισμός)

!!! Αν γνωρίζουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών, βρίσκουμε τηγεωμετρική διευθέτηση (προσανατολισμό) των τροχιακών και τημοριακή γεωμετρία. Ισχύει και το αντίστροφο: Αν γνωρίζουμε τον προσανατολισμό των τροχιακών (γεωμετρία ΗΖ), βρίσκουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών.

Υβριδικά Προσανατολισμός Αριθμόςτροχιακά τροχιακών τροχιακών Παράδειγμαsp Γραμμικός 2 Be στο BeF2

sp2 Επίπεδος τριγωνικός 3 B στο BF3

sp3 Τετραεδρικός 4 C στο CH4

sp3d Τριγωνικός διπυραμιδικός 5 Ρ στο ΡF5sp3d2 Οκταεδρικός 6 S στο SF6

Πώς περιγράφουμε τους δεσμούς γύρω από ένα άτομοβάσει της θεωρίας VB

Ακολουθούμε κατά σειρά τα εξής πέντε βήματα:

1. Γράφουμε τη δομή Lewis του μορίου.

2. Βρίσκουμε τη διευθέτηση των ηλεκτρονικών ζευγών (μοντέλοVSEPR) γύρω από το κεντρικό άτομο.

3. Συμπεραίνουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών πουχρησιμοποιεί το κεντρικό άτομο.

4. Τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σθένους του κεντρικού ατόμου, ένα σεκάθε υβριδικό τροχιακό. Αν τα ηλεκτρόνια υπερτερούν, σχηματίζουμε ΗΖ.

5. ∆ημιουργούμε τους δεσμούς γύρω από το κεντρικό άτομοεπικαλύπτοντας τα υβριδικά τροχιακά που φέρουν μονήρη ηλεκτρόνια.

Εφαρμογή της θεωρίας VSEPR στην πρόβλεψη του υβριδισμούΧρησιμοποιήστε υβριδικά τροχιακά για να περιγράψετε τουςδεσμούς στο μόριο του νερού, Η2Ο, σύμφωνα με τη θεωρία τουδεσμού σθένους.

Άσκηση 5.2

2. Τα τέσσερα ΗΖ γύρω από το οξυγόνο υποδηλώνουντετραεδρικό προσανατολισμό.3. Τετραεδρικός προσανατολισμός των ΗΖ σημαίνει τύποςυβριδισμού sp3

4. Τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σθένους του οξυγόνου, ένα σεκάθε υβριδικό τροχιακό. Επειδή τα ηλεκτρόνια υπερτερούν, σχηματίζουμε δύο μονήρη ΗΖ.

1. Γράφουμε τη δομή Lewis του νερούH

H

O

Άσκηση 5.25. ∆ημιουργούμε τους δύο δεσμούς Ο–Ηγύρω από το κεντρικό άτομο τουοξυγόνου. Κάθε δεσμός Ο–Η σχηματίζεταιαπό επικάλυψη ενός τροχιακού 1s απόπλευράς υδρογόνου με ένα από ταημικατειλημμένα sp3 υβριδικά τροχιακάτου οξυγόνου.

1s

2s

2p

Ε

Άτομο O(θεμελιώδης κατάσταση)

(υβριδισμένο)Άτομο O

1s

sp3 sp3

1sΆτομο O

(στο μόριο H2O)

μονήρηζεύγη

δεσμοί O-Η

sp3

sp3

sp3

sp3

s

s

Πειραματικό μέρος

Βλέπε οδηγίες σχετικού φυλλαδίου