VSEPR həndəsəsi və molekulyar polyarlıq

Mərkəzi atom ətrafında elektron domenlərinin sayılması

VSEPR düzgün Lyuis quruluşundan başlayır. Mərkəzi atomun ətrafında elektron domenlərini sayın: hər paylaşılmamış cüt bir domendir, başqa atoma hər rabitə isə sadə, ikiqat və ya üçqat olmasından asılı olmayaraq bir domendir. Cəmi çox vaxt steriq ədəd adlanır. İkiqat rabitə bir dəfə sayılır, çünki onun elektronları iki atom arasında fəzanın eyni bölgəsini tutur.

Steriq ədəd elektron domen həndəsəsini, yəni domenləri bir-birindən ən uzaq saxlayan düzülüşü müəyyən edir. İki domen xəttidir (180°), üç domen trigonal müstəvidir (120°), dörd domen tetraedrikdir (109.5°), beş domen trigonal bipiramidaldır (90° və 120°), altı domen isə oktaedrikdir (90°).

Qısa etiket sayı izləməyə kömək edir. AXₘEₙ yazılışında A mərkəzi atom, m bağlı X atomlarının sayı, n isə mərkəzi atomdakı paylaşılmamış E cütlərinin sayıdır. Su AX₂E₂-dir: iki bağlı atom və iki paylaşılmamış cüt, steriq ədəd 4.

Elektron domen həndəsəsi və molekulyar forma

Paylaşılmamış cütlər yer tutur, lakin atom deyillər, buna görə molekulyar formanın adında görünmürlər. Molekulyar həndəsə yalnız atomların harada yerləşdiyini təsvir edir. Mərkəzi atomda paylaşılmamış cüt olmadıqda iki həndəsə eynidir; paylaşılmamış cütlər olduqda fərqlənir.

Trigonal bipiramidada mövqelər ekvivalent deyil: üç ekvatorial mövqe bir-birindən 120° aralıdır, iki aksial mövqe isə ekvatordan 90° aralıdır. Paylaşılmamış cütlər əvvəlcə ekvatorial mövqelərə gedir, çünki ekvatorial yerin 90°-də yalnız iki qonşusu var, aksial yerin isə üç.

• Steriq ədəd 3: AX₃ trigonal müstəvi; AX₂E bucaqlı, bucaq 120°-dən az.
• Steriq ədəd 4: AX₄ tetraedrik; AX₃E trigonal piramidal; AX₂E₂ bucaqlı, bucaqlar 109.5°-dən az.
• Steriq ədəd 5: AX₅ trigonal bipiramidal; AX₄E yelləncək; AX₃E₂ T-şəkilli; AX₂E₃ xətti.
• Steriq ədəd 6: AX₆ oktaedrik; AX₅E kvadrat piramidal; AX₄E₂ kvadrat müstəvi.

Paylaşılmamış cütlər valent bucaqlarını niyə sıxır

Paylaşılmamış cütü yalnız bir nüvə saxlayır, buna görə onun elektron sıxlığı mərkəzi atom yaxınlığında rabitə cütünə nisbətən daha geniş yayılır. Buna görə itələşmələr paylaşılmamış cüt–paylaşılmamış cüt > paylaşılmamış cüt–rabitə cütü > rabitə cütü–rabitə cütü sırasına tabedir və hər əlavə paylaşılmamış cüt qalan rabitələri bir-birinə yaxınlaşdırır.

Tetraedrik ailə tendensiyanı göstərir. Paylaşılmamış cütü olmayan metanda, CH₄, H–C–H bucaqları 109.5°-dir. Bir paylaşılmamış cütü olan ammonyakda, NH₃, H–N–H bucaqları bir qədər kiçikdir. İki paylaşılmamış cütü olan suda H–O–H bucağı 104.5°-dir, bu, OpenStax Chemistry 2e-də verilən qiymətdir. Çoxlu rabitələrin oxşar, daha kiçik təsiri var, çünki ikiqat rabitə sadə rabitədən daha çox elektron sıxlığı saxlayır.

VSEPR bu sapmaların istiqamətini etibarlı proqnozlaşdırır, lakin dəqiq ölçüsünü yox. Sual paylaşılmamış cütləri olan molekulda bucağı soruşduqda ölçülmüş məlumatınız yoxdursa, “ideal qiymətdən bir qədər kiçik” cavabını verin.

Həll olunmuş nümunələr: xlor triflüorid və ksenon tetraflüorid

Xlor triflüorid, ClF₃. Valent elektronlar: 7 + 3(7) = 28. Üç Cl–F sadə rabitəsi 6 elektron istifadə edir, üç flüor oktetinin tamamlanması isə 3 × 6 = 18 istifadə edir, cəmi 24. Qalan 4 elektron xlorda iki paylaşılmamış cüt kimi yerləşir. Xlorun üç rabitəsi və iki paylaşılmamış cütü var, buna görə o, AX₃E₂-dir, steriq ədədi 5-dir və elektron domen həndəsəsi trigonal bipiramidaldır.

Hər iki paylaşılmamış cüt ekvatorial mövqeləri tutur. Bu, ekvatorial müstəvidə bir flüor, aksial mövqelərdə isə iki flüor qoyur, beləliklə, atomlar T forması əmələ gətirir. Paylaşılmamış cütlər aksial flüorları ekvatorial flüora doğru itələyir, buna görə F–Cl–F bucaqları 90°-dən bir qədər azdır. T formasında üç Cl–F rabitə dipolu bir-birini ləğv etmir, buna görə ClF₃ polyardır.

Ksenon tetraflüorid, XeF₄. Valent elektronlar: 8 + 4(7) = 36. Dörd Xe–F rabitəsi 8 elektron, flüorların paylaşılmamış cütləri isə 4 × 6 = 24 istifadə edir, cəmi 32. Qalan 4 elektron ksenonda iki paylaşılmamış cütdür. Dörd rabitə və iki paylaşılmamış cüt ilə ksenon AX₄E₂-dir, steriq ədəd 6, elektron domen həndəsəsi oktaedrikdir.

Oktaedrdə hər mövqe ekvivalentdir, buna görə birinci paylaşılmamış cüt istənilən yerə gedə bilər; ikincisi paylaşılmamış cüt–paylaşılmamış cüt itələşməsini minimuma endirmək üçün birbaşa onun əksinə, 180° aralıya gedir. Dörd flüor sonra qonşularından 90° aralıda bir müstəvidə yerləşir: kvadrat müstəvi. Hər Xe–F rabitəsi polyardır, lakin əks rabitələr dəqiq əks istiqamətlərə yönəlir, buna görə dipollar bir-birini ləğv edir və XeF₄ qeyri-polyardır.

Molekulyar polyarlığı tapmaq üçün rabitə dipollarının toplanması

Elektromənfiliyi fərqli atomlar arasındakı rabitə polyardır və daha elektromənfi atomda qismən mənfi yük (δ−) olur. Hər rabitə dipolunun ölçüsü və istiqaməti var, buna görə vektor kimi davranır. Molekulyar dipol momenti bütün rabitə dipollarının vektor cəmidir və adətən debaylarla verilir (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

Eyni rabitələr mərkəzi atom ətrafında simmetrik düzüldükdə rabitə dipolları bir-birini ləğv edir. Bu, bütün X atomları eyni olduqda AX₂ xətti, AX₃ trigonal müstəvi, AX₄ tetraedrik, AX₅ trigonal bipiramidal və AX₆ oktaedrik molekullarda, həmçinin paylaşılmamış cütlərin simmetrik düzüldüyü və hər rabitənin eyni rabitənin birbaşa əksinə yönəldiyi AX₄E₂ kvadrat müstəvi və AX₂E₃ xətti formalarda baş verir. Forma və əvəzedicilərin digər birləşmələri ümumiyyətlə xalis dipol saxlayır.

Həll olunmuş müqayisə: kükürd dioksid və kükürd trioksid. SO₂-nin 6 + 2(6) = 18 valent elektronu var; onun Lyuis quruluşu kükürdə iki rabitə domeni və bir paylaşılmamış cüt qoyur (AX₂E), buna görə molekul bucaqlıdır. İki S–O dipolu qismən eyni istiqamətə yönəlir, cəmi sıfır deyil və SO₂ polyardır. SO₃-ün 6 + 3(6) = 24 valent elektronu və kükürdün üzərində paylaşılmamış cütü olmayan üç rabitə domeni var (AX₃), buna görə trigonal müstəvidir. Bir-birindən 120° aralı üç bərabər dipolun cəmi sıfırdır və SO₃-ün hər rabitəsi polyar olsa da, o, qeyri-polyardır.

Forma və polyarlıqda ümumi səhvlər

Səhvlərin çoxu Lyuis quruluşunu atlamaqdan və ya səhifədəki müstəvi çəkilişi real forma kimi oxumaqdan yaranır. Sürətli qayda onları tutur: Lyuis quruluşunu çəkin, mərkəzi atomdakı domenləri sayın, elektron domen həndəsəsini adlandırın, molekulyar formanı adlandırmaq üçün paylaşılmamış cütləri çıxarın, sonra rabitə dipollarını üçölçülü toplayın.

Fiziki model və ya diqqətlə çəkilmiş pona-xətt sxemi son addımda kömək edir. Molekulu elə çevirə bilsəniz ki, bir rabitə dipolunun əks istiqamətə yönəlmiş cütü olmasın, molekul polyardır. Hər rabitə əks tərəfdəki eyni rabitə ilə və ya 120° aralı üç rabitə kimi simmetrik dəstlə uyğunlaşırsa, qeyri-polyardır.

• Sual molekulyar formanı soruşduqda elektron domen həndəsəsini adlandırmaq. Suyun domenləri tetraedrikdir; forması bucaqlıdır.
• Mərkəzi atomdakı paylaşılmamış cütləri unutmaq, bu da NH₃-ü səhvən trigonal müstəvi molekul edir.
• İkiqat və ya üçqat rabitəni iki və ya üç domen kimi saymaq.
• Rabitələri polyar olduğuna görə molekulun polyar olduğu qənaətinə gəlmək, dipolların bir-birini ləğv edib-etmədiyini yoxlamamaq.
• Simmetriyanı müstəvi çəkilişə görə mühakimə etmək. CH₂Cl₂ kağızda simmetrik görünür, lakin iki fərqli növ rabitəsi olan tetraedrikdir, buna görə polyardır.
• Paylaşılmamış cütləri trigonal bipiramidanın aksial mövqelərinə yerləşdirmək, bu da SF₄, ClF₃ və XeF₂ üçün yanlış forma verir.