VSEPR Geometry ug Polarity sa Molecule

Pag-ihap sa electron domain sa palibot sa central nga atomo

Ang VSEPR nagsugod gikan sa husto nga Lewis structure. Sa palibot sa central nga atomo, ihapa ang electron domain: ang matag lone pair usa ka domain, ug ang matag bond ngadto sa laing atomo usa ka domain bisan kung single, double o triple. Ang kinatibuk-an kasagarang gitawag og steric number. Ang double bond giihap kausa tungod kay ang mga electron niini mopuno sa parehas nga dapit sa luna tali sa duha ka atomo.

Ang steric number nagtakda sa electron-domain geometry, ang pagkahan-ay nga nagpabilin sa mga domain nga labing layo. Ang duha ka domain linear (180°), ang tulo trigonal planar (120°), ang upat tetrahedral (109.5°), ang lima trigonal bipyramidal (90° ug 120°), ug ang unom octahedral (90°).

Ang mubo nga label nagsubay sa ihap. Sa AXₘEₙ notasyon, ang A mao ang central nga atomo, ang m ang gidaghanon sa nakadugtong nga mga atomo nga X, ug ang n ang gidaghanon sa lone pair nga E sa central nga atomo. Ang tubig AX₂E₂: duha ka nakadugtong nga atomo ug duha ka lone pair, steric number 4.

Electron-domain geometry batok sa porma sa molecule

Ang lone pair mokuha og luna, apan dili sila atomo, busa dili sila makita sa ngalan sa porma sa molecule. Ang molecular geometry naghulagway lamang kung asa naglingkod ang mga atomo. Kung walay lone pair sa central nga atomo, parehas ang duha ka geometry; kung adunay lone pair, magkalahi sila.

Sa trigonal bipyramid ang mga posisyon dili katumbas: ang tulo ka equatorial nga posisyon 120° ang pagkabulag ug ang duha ka axial nga posisyon 90° gikan sa ekwador. Ang mga lone pair moadto una sa equatorial nga posisyon, tungod kay ang equatorial nga dapit duha lang ka silingan sa 90° samtang ang axial nga dapit tulo.

• Steric number 3: AX₃ trigonal planar; AX₂E bent, anggulo ubos sa 120°.
• Steric number 4: AX₄ tetrahedral; AX₃E trigonal pyramidal; AX₂E₂ bent, mga anggulo ubos sa 109.5°.
• Steric number nga 5: AX₅ trigonal bipyramidal; AX₄E seesaw; AX₃E₂ T-shaped; AX₂E₃ linear.
• Steric number nga 6: AX₆ octahedral; AX₅E square pyramidal; AX₄E₂ square planar.

Nganong gipamubo sa lone pair ang mga anggulo sa bond

Ang lone pair gihuptan sa usa lang ka nucleus, busa ang electron density niini mas mikaylap duol sa central nga atomo kaysa bonding pair. Busa ang mga pagsukol nagsunod sa han-ay nga lone pair–lone pair > lone pair–bonding pair > bonding pair–bonding pair, ug ang matag gidugang nga lone pair magpitik sa nahabilin nga mga bond nga mas duol sa usag usa.

Ang tetrahedral nga pamilya nagpakita sa trend. Ang methane, CH₄, nga walay lone pair, adunay H–C–H nga mga anggulo nga 109.5°. Ang ammonia, NH₃, nga adunay usa ka lone pair, adunay H–N–H nga mga anggulo nga medyo mas gamay. Ang tubig, nga adunay duha ka lone pair, adunay H–O–H nga anggulo nga 104.5°, ang bili nga gihatag sa OpenStax Chemistry 2e. Ang daghang bond adunay susama, mas gamay nga epekto, tungod kay ang double bond naghuptan og mas daghang electron density kaysa single bond.

Masaligan nga gitag-an sa VSEPR ang direksyon niini nga mga kalainan, apan dili ang eksakto nga gidak-on. Kung ang pangutana nangayo og anggulo sa molecule nga adunay lone pair, tubaga og "medyo mas gamay kaysa" sa sulundon nga bili gawas kung adunay ka gisukod nga datos.

Nasulbad nga mga ehemplo: chlorine trifluoride ug xenon tetrafluoride

Chlorine trifluoride, ClF₃. Valence electron: 7 + 3(7) = 28. Ang tulo ka Cl–F single bond mogamit og 6 ka electron, ug ang pagkompleto sa tulo ka fluorine octet mogamit og 3 × 6 = 18, 24 sa kinatibuk-an. Ang nahabilin nga 4 ka electron moadto sa chlorine isip duha ka lone pair. Ang chlorine adunay tulo ka bond ug duha ka lone pair, busa AX₃E₂ kini nga adunay steric number nga 5 ug trigonal bipyramidal nga electron-domain geometry.

Ang duha ka lone pair mokuha sa equatorial nga mga posisyon. Nagbilin kini og usa ka fluorine sa equatorial plane ug duha sa axial nga mga posisyon, busa ang mga atomo nagporma og T nga porma. Gitulak sa mga lone pair ang axial nga mga fluorine paingon sa equatorial, busa ang F–Cl–F nga mga anggulo medyo ubos sa 90°. Ang tulo ka Cl–F bond dipole dili magkansela sa T nga porma, busa polar ang ClF₃.

Xenon tetrafluoride, XeF₄. Valence electron: 8 + 4(7) = 36. Ang upat ka Xe–F bond mogamit og 8 ka electron ug ang fluorine lone pair mogamit og 4 × 6 = 24, 32 sa kinatibuk-an. Ang nahabilin nga 4 ka electron duha ka lone pair sa xenon. Uban sa upat ka bond ug duha ka lone pair, ang xenon AX₄E₂, steric number 6, octahedral nga electron-domain geometry.

Sa octahedron ang matag posisyon katumbas, busa ang unang lone pair mahimong moadto bisan asa; ang ikaduha moadto diretso sukwahi niini, 180° ang gilay-on, aron mapamubo ang lone pair–lone pair nga pagsukol. Ang upat ka fluorine naghigda busa sa usa ka plane sa 90° sa ilang mga silingan: square planar. Ang matag Xe–F bond polar, apan ang mga bond nga magsukwahi nagtudlo sa eksaktong sukwahi nga direksyon, busa nagkansela ang mga dipole ug nonpolar ang XeF₄.

Pagdugang sa bond dipole aron makita ang polarity sa molecule

Ang bond tali sa mga atomo nga lahi ang electronegativity polar, nga adunay partial nga negatibo nga charge (δ−) sa mas electronegative nga atomo. Ang matag bond dipole adunay gidak-on ug direksyon, busa molihok kini sama sa vector. Ang molecular dipole moment mao ang vector sum sa tanang bond dipole, kasagarang gireport sa debye (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

Nagkansela ang mga bond dipole kung ang parehas nga mga bond gihan-ay nga simetriko sa palibot sa central nga atomo. Mahitabo kini alang sa AX₂ linear, AX₃ trigonal planar, AX₄ tetrahedral, AX₅ trigonal bipyramidal ug AX₆ octahedral nga mga molecule kung ang tanang X nga atomo parehas, ug usab alang sa AX₄E₂ square planar ug AX₂E₃ linear nga mga porma, diin ang mga lone pair gihan-ay nga simetriko ug ang matag bond nagtudlo diretso sukwahi sa parehas nga bond. Ang ubang kombinasyon sa porma ug substituent kasagarang mobilin og net nga dipole.

Nasulbad nga pagtandi: sulfur dioxide ug sulfur trioxide. Ang SO₂ adunay 6 + 2(6) = 18 ka valence electron; ang Lewis structure niini nagbutang og duha ka bonding domain ug usa ka lone pair sa sulfur (AX₂E), busa bent ang molecule. Ang duha ka S–O dipole nagtudlo bahin sa parehas nga direksyon, ang suma niini dili zero, ug polar ang SO₂. Ang SO₃ adunay 6 + 3(6) = 24 ka valence electron ug tulo ka bonding domain nga walay lone pair sa sulfur (AX₃), busa trigonal planar kini. Ang tulo ka patas nga dipole nga 120° ang gilay-on mosuma sa zero, ug nonpolar ang SO₃ bisan kung polar ang matag bond niini.

Kasagarang mga sayop sa porma ug polarity

Kadaghanan sa mga sayop naggikan sa paglaktaw sa Lewis structure o sa pagbasa sa patag nga drowing sa panid ingon nga kini ang tinuod nga porma. Ang dali nga rutina makakuha niini: drowinga ang Lewis structure, ihapa ang domain sa central nga atomo, ngalan-i ang electron-domain geometry, kuhaa ang mga lone pair aron ngalan-an ang molecular nga porma, dayon idugang ang mga bond dipole sa tulo ka dimensyon.

Ang pisikal nga modelo o maampingon nga wedge-and-dash nga sketch makatabang sa katapusang lakang. Kung mapaligid nimo ang molecule aron ang usa ka bond dipole walay kauban nga nagtudlo sa sukwahi nga direksyon, polar ang molecule. Kung ang matag bond gipares sa parehas nga bond sa sukwahi nga kilid, o sa simetriko nga set sama sa tulo ka bond sa 120°, nonpolar kini.

• Pagngalan sa electron-domain geometry kung ang pangutana nangayo sa porma sa molecule. Ang mga domain sa tubig tetrahedral; ang porma niini bent.
• Pagkalimot sa mga lone pair sa central nga atomo, nga sayop nga naghimo sa NH₃ nga trigonal planar nga molecule.
• Pag-ihap sa double o triple bond isip duha o tulo ka domain.
• Paghinapos nga polar ang molecule tungod kay polar ang mga bond niini, nga wala susiha kung nagkansela ba ang mga dipole.
• Paghukom sa simetriya gikan sa patag nga drowing. Ang CH₂Cl₂ simetriko tan-awon sa papel apan tetrahedral nga adunay duha ka lain-laing matang sa bond, busa polar kini.
• Pagbutang sa mga lone pair sa axial nga posisyon sa trigonal bipyramid, nga naghatag sa sayop nga porma alang sa SF₄, ClF₃ ug XeF₂.