VSEPR geometria eta polaritate molekularra

Elektroi-domeinuak zenbatzea atomo zentral baten inguruan

VSEPR Lewis-en egitura zuzen batetik hasten da. Atomo zentralaren inguruan, zenbatu elektroi-domeinuak: bikote bakartu bakoitza domeinu bat da, eta beste atomo batekiko lotura bakoitza domeinu bat da sinplea, bikoitza edo hirukoitza izan. Guztizkoari zenbaki esterikoa deitzen zaio askotan. Lotura bikoitz batek behin zenbatzen du bere elektroiak bi atomoen arteko espazioko eskualde berean daudelako.

Zenbaki esterikoak elektroi-domeinuen geometria finkatzen du, domeinuak urrunen mantentzen dituen antolaketa. Bi domeinu linealak dira (180°), hiru plano trigonalak (120°), lau tetraedrikoak (109.5°), bost bipiramide trigonalak (90° eta 120°), eta sei oktaedrikoak (90°).

Etiketa labur batek zenbaketari jarraitzen dio. AXₘEₙ notazioan, A atomo zentrala da, m X atomo lotuen kopurua da, eta n atomo zentralaren E bikote bakartuen kopurua. Ura AX₂E₂ da: bi atomo lotu eta bi bikote bakartu, zenbaki esterikoa 4.

Elektroi-domeinuen geometria eta molekula-forma

Bikote bakartuek lekua hartzen dute, baina ez dira atomoak, beraz ikusezinak dira molekula-formaren izenean. Geometria molekularrak atomoak non dauden bakarrik deskribatzen du. Atomo zentralean bikote bakartuak ez daudenean, bi geometriak berdinak dira; bikote bakartuak daudenean, desberdinak dira.

Bipiramide trigonal batean posizioak ez dira baliokideak: hiru posizio ekuatorialak 120°-ra daude elkarrengandik eta bi posizio axialak 90°-ra daude ekuatoretik. Bikote bakartuak posizio ekuatorialetara doaz lehenik, gune ekuatorial batek 90°-ko bi auzokide bakarrik dituelako eta gune axial batek hiru.

• 3 zenbaki esterikoa: AX₃ plano trigonala; AX₂E angeluarra, 120° baino txikiagoko angelua.
• 4 zenbaki esterikoa: AX₄ tetraedrikoa; AX₃E piramide trigonala; AX₂E₂ angeluarra, 109.5° baino txikiagoko angeluak.
• 5 zenbaki esterikoa: AX₅ bipiramide trigonala; AX₄E kulunka-forma; AX₃E₂ T formakoa; AX₂E₃ lineala.
• 6 zenbaki esterikoa: AX₆ oktaedrikoa; AX₅E piramide karratua; AX₄E₂ plano karratua.

Zergatik estutzen dituzten bikote bakartuek lotura-angeluak

Bikote bakartu bat nukleo bakar batek eusten du, beraz bere elektroi-dentsitatea atomo zentralaren inguruan lotura-bikote batena baino zabalago hedatzen da. Aldaratzeek beraz ordena hau jarraitzen dute: bikote bakartu–bikote bakartu > bikote bakartu–lotura-bikote > lotura-bikote–lotura-bikote, eta gehitutako bikote bakartu bakoitzak geratzen diren loturak elkarrengana gehiago estutzen ditu.

Familia tetraedrikoak joera erakusten du. Metanoak, CH₄, bikote bakartu gabe, H–C–H angeluak ditu 109.5°-koak. Amoniakoak, NH₃, bikote bakartu batekin, H–N–H angeluak apur bat txikiagoak ditu. Urak, bi bikote bakartuekin, H–O–H angelua 104.5° du, OpenStax Chemistry 2e-n emandako balioa. Lotura anizkoitzek antzeko efektu txikiagoa dute, lotura bikoitzak lotura sinple batek baino elektroi-dentsitate gehiago duelako.

VSEPR-ek desbideratze hauen norabidea fidagarritasunez iragartzen du, baina ez haien tamaina zehatza. Galdera batek bikote bakartuak dituen molekula bateko angelu bat eskatzen duenean, erantzun idealaren balioa baino “apur bat txikiagoa”, neurtutako daturik ez baduzu.

Adibide landuak: kloro trifluoruroa eta xenon tetrafluoruroa

Kloro trifluoruroa, ClF₃. Balentzia-elektroiak: 7 + 3(7) = 28. Hiru Cl–F lotura sinpleek 6 elektroi erabiltzen dituzte, eta hiru fluor-zortzikoteak osatzeak 3 × 6 = 18 erabiltzen ditu, guztira 24. Geratzen diren 4 elektroiak kloroan doaz bi bikote bakartu gisa. Kloroak hiru lotura eta bi bikote bakartu ditu, beraz AX₃E₂ da, zenbaki esterikoa 5 eta elektroi-domeinuen geometria bipiramide trigonala.

Bi bikote bakartuek posizio ekuatorialak hartzen dituzte. Horrek fluor bat uzten du plano ekuatorialean eta bi posizio axialetan, beraz atomoek T forma osatzen dute. Bikote bakartuek fluor axialak fluor ekuatorialaren aldera bultzatzen dituzte, beraz F–Cl–F angeluak 90° baino apur bat txikiagoak dira. Hiru Cl–F lotura-dipoloak ez dira deuseztatzen T forman, beraz ClF₃ polarra da.

Xenon tetrafluoruroa, XeF₄. Balentzia-elektroiak: 8 + 4(7) = 36. Lau Xe–F loturek 8 elektroi erabiltzen dituzte eta fluorren bikote bakartuek 4 × 6 = 24, guztira 32. Geratzen diren 4 elektroiak xenonaren bi bikote bakartu dira. Lau lotura eta bi bikote bakartuekin, xenona AX₄E₂ da, zenbaki esterikoa 6, elektroi-domeinuen geometria oktaedrikoa.

Oktaedro batean posizio guztiak baliokideak dira, beraz lehen bikote bakartua edonon joan daiteke; bigarrena zuzenean kontrakoan doa, 180°-ra, bikote bakartu–bikote bakartu aldaratzea minimizatzeko. Lau fluorrak plano batean geratzen dira beren auzokideekin 90°-ra: plano karratua. Xe–F lotura bakoitza polarra da, baina kontrako loturak zehazki kontrako norabideetan apuntatzen dute, beraz dipoloak deuseztatzen dira eta XeF₄ ez-polarra da.

Lotura-dipoloak batzea molekularen polaritatea aurkitzeko

Elektronegatibotasun desberdineko atomoen arteko lotura polarra da, karga negatibo partziala (δ−) atomo elektronegatiboenean duela. Lotura-dipolo bakoitzak tamaina eta norabidea ditu, beraz bektore baten antzera jokatzen du. Momentu dipolar molekularra lotura-dipolo guztien bektore-batura da, normalean debyetan adierazia (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

Lotura-dipoloak deuseztatzen dira lotura berdinak atomo zentralaren inguruan simetrikoki antolatuta daudenean. Hori gertatzen da AX₂ lineal, AX₃ plano trigonal, AX₄ tetraedriko, AX₅ bipiramide trigonal eta AX₆ oktaedriko molekuletan X atomo guztiak berdinak direnean, eta baita AX₄E₂ plano karratuko eta AX₂E₃ lineal formetan ere, non bikote bakartuak simetrikoki antolatuta dauden eta lotura bakoitza lotura berdin baten zuzenean kontrakoa den. Forma eta ordezkapen-taldeen beste konbinazioek, orokorrean, dipolo garbi bat uzten dute.

Alderaketa landua: sufre dioxidoa eta sufre trioxidoa. SO₂-k 6 + 2(6) = 18 balentzia-elektroi ditu; bere Lewis-en egiturak bi lotura-domeinu eta bikote bakartu bat jartzen ditu sufrean (AX₂E), beraz molekula angeluarra da. Bi S–O dipoloak partzialki norabide berean apuntatzen dute, haien batura ez da zero, eta SO₂ polarra da. SO₃-k 6 + 3(6) = 24 balentzia-elektroi ditu eta hiru lotura-domeinu sufrean bikote bakartu gabe (AX₃), beraz plano trigonala da. 120°-ra dauden hiru dipolo berdinek zero batzen dute, eta SO₃ ez-polarra da bertako lotura guztiak polarrak badira ere.

Forma eta polaritateko ohiko akatsak

Akats gehienak Lewis-en egitura saltatzetik edo orrialdeko marrazki laua benetako forma balitz bezala irakurtzetik datoz. Errutina azkar batek harrapatzen ditu: marraztu Lewis-en egitura, zenbatu domeinuak atomo zentralean, izendatu elektroi-domeinuen geometria, kendu bikote bakartuak molekula-forma izendatzeko, gero batu lotura-dipoloak hiru dimentsiotan.

Eredu fisiko batek edo ziri-eta-marra marrazki zorrotz batek azken urratsean laguntzen du. Molekula biratu badezakezu lotura-dipolo batek kontrako norabidean apuntatzen duen bikotekiderik ez izateko, molekula polarra da. Lotura bakoitza kontrako aldeko lotura berdin batekin parekatzen bada, edo 120°-ra dauden hiru lotura bezalako multzo simetriko batekin, ez-polarra da.

• Elektroi-domeinuen geometria izendatzea galderak molekula-forma eskatzen duenean. Uraren domeinuak tetraedrikoak dira; bere forma angeluarra da.
• Atomo zentraleko bikote bakartuak ahaztea, eta horrek NH₃ plano trigonaleko molekula bihurtzen du akatsez.
• Lotura bikoitz edo hirukoitz bat bi edo hiru domeinu gisa zenbatzea.
• Molekula bat polarra dela ondorioztatzea bere loturak polarrak direlako, dipoloak deuseztatzen diren egiaztatu gabe.
• Simetria marrazki lau batetik epaitzea. CH₂Cl₂ simetrikoa dirudi paperean baina tetraedrikoa da bi lotura mota desberdinekin, beraz polarra da.
• Bikote bakartuak bipiramide trigonal baten posizio axialetan jartzea, eta horrek forma okerra ematen du SF₄, ClF₃ eta XeF₂-rentzat.