Geometriya VSEPR û polarîteya molekulî

Jimartina domenên elektronan dora atomeke navendî

VSEPR ji avahiyeke Lewis ya rast dest pê dike. Dora atoma navendî, domenên elektronan bijmêre: her cotekî tenê domenek e, û her girêdanek bi atomeke din re domenek e çi yekane, dualî an sêalî be. Tevahî bi gelemperî hejmara steric tê gotin. Girêdaneke dualî carekê tê jimartin ji ber ku elektronên wê heman herêma fezayê di navbera her du atoman de dagir dikin.

Hejmara steric geometriya domenên elektronan diyar dike, rêzkirina ku domenan herî dûr ji hev digire. Du domen xetî ne (180°), sê sêgoşeyî-planar in (120°), çar çarfaceyî ne (109.5°), pênc sêgoşeyî-bîpîramîdî ne (90° û 120°), û şeş oktahedral in (90°).

Nîşanek kurt jimartinê dişopîne. Di nivîsandina AXₘEₙ de, A atoma navendî ye, m hejmara atomên girêdayî X ye, û n hejmara cotên tenê E li ser atoma navendî ye. Av AX₂E₂ ye: du atomên girêdayî û du cotên tenê, hejmara steric 4.

Geometriya domenên elektronan li hember şiklê molekulî

Cotên tenê cih digirin, lê ew atom nînin, ji ber vê yekê di navê şiklê molekulî de nayên dîtin. Geometriya molekulî tenê vedibêje atom li ku ne. Dema li ser atoma navendî cotên tenê tune bin, her du geometrî heman in; dema cotên tenê hene, ew ji hev cuda ne.

Di bîpîramîdeke sêgoşeyî de cih ne wekhev in: sê cihên ekvatorî 120° ji hev dûr in û du cihên axial 90° ji ekvatorê ne. Cotên tenê pêşî diçin cihên ekvatorî, ji ber ku cihekî ekvatorî tenê du cîranên wê yên 90° hene dema ku cihekî axial sê hene.

• Hejmara steric 3: AX₃ sêgoşeyî-planar; AX₂E xwar, goşe di bin 120° de.
• Hejmara steric 4: AX₄ çarfaceyî; AX₃E sêgoşeyî-pîramîdî; AX₂E₂ xwar, goşe di bin 109.5° de.
• Hejmara steric 5: AX₅ sêgoşeyî-bîpîramîdî; AX₄E tarazûyî; AX₃E₂ bi şiklê T; AX₂E₃ xetî.
• Hejmara steric 6: AX₆ oktahedral; AX₅E pîramîda çargoşe; AX₄E₂ planara çargoşe.

Çima cotên tenê goşeyên girêdanê teng dikin

Cotek tenê ji hêla yek navokê ve tê girtin, ji ber vê yekê tîrêjiya wê ya elektronan nêzîkî atoma navendî ji cotek girêdanê firehtir belav dibe. Şidandin ji ber vê yekê vê rêzê dişopînin: cot tenê–cot tenê > cot tenê–cot girêdanê > cot girêdanê–cot girêdanê, û her cotek tenê ya zêdekirî girêdanên mayî nêzîktirî hev dikişîne.

Malbata çarfaceyî meylê nîşan dide. Metan, CH₄, bê cotên tenê, goşeyên H–C–H yên 109.5° heye. Amonyak, NH₃, bi yek cotek tenê, goşeyên H–N–H piçekî piçûktir heye. Av, bi du cotên tenê, goşeya H–O–H ya 104.5° heye, nirxa ku di OpenStax Chemistry 2e de hatiye dayîn. Girêdanên pirjimar bandoreke wekhev, piçûktir heye, ji ber ku girêdaneke dualî ji girêdaneke yekane bêtir tîrêjiya elektronan digire.

VSEPR arasteya van guherînan bi pêbawerî pêşbîn dike, lê ne mezinahiya wan a tam. Dema pirsek goşeyekê di molekuleke bi cotên tenê de dipirse, bersiva “piçekî kêmtir ji” nirxa îdeal bide heya ku daneyên te yên pîvandî hebin.

Mînakên çareserkirî: trîflûorîda klorê û tetraflûorîda zenonê

Trîflûorîda klorê, ClF₃. Elektronên valansê: 7 + 3(7) = 28. Sê girêdanên yekane Cl–F 6 elektronan bi kar tînin, û temamkirina sê oktetên flûorê 3 × 6 = 18 bi kar tîne, bi tevahî 24. 4 elektronên mayî wekî du cotên tenê diçin li ser klorê. Klor sê girêdan û du cotên tenê heye, ji ber vê yekê ew AX₃E₂ ye bi hejmara steric 5 û geometriya domenên elektronan a sêgoşeyî-bîpîramîdî.

Her du cotên tenê cihên ekvatorî digirin. Ev yek flûorekê di planê ekvatorî de û du di cihên axial de dihêle, ji ber vê yekê atom şiklekî T çêdikin. Cotên tenê flûorên axial ber bi ya ekvatorî ve dihejînin, ji ber vê yekê goşeyên F–Cl–F piçekî ji 90° kêmtir in. Sê dîpolên girêdana Cl–F di şiklê T de betal nabin, ji ber vê yekê ClF₃ polar e.

Tetraflûorîda zenonê, XeF₄. Elektronên valansê: 8 + 4(7) = 36. Çar girêdanên Xe–F 8 elektronan bi kar tînin û cotên tenê yên flûorê 4 × 6 = 24 bi kar tînin, bi tevahî 32. 4 elektronên mayî du cotên tenê yên li ser zenonê ne. Bi çar girêdan û du cotên tenê, zenon AX₄E₂ ye, hejmara steric 6, geometriya domenên elektronan a oktahedral.

Di oktahedronekê de her cih wekhev e, ji ber vê yekê cota tenê ya yekem dikare herî cihî here; ya duyemîn rasterast li dijî wê diçe, 180° dûr, da ku şidandina cot tenê–cot tenê kêm bike. Çar flûor paşê di yek planê de bi 90° ji cîranên xwe re radiwestin: planara çargoşe. Her girêdana Xe–F polar e, lê girêdanên dijber tam di arasteyên berovajî de diçin, ji ber vê yekê dîpol betal dibin û XeF₄ nepolar e.

Berhevkirina dîpolên girêdanê ji bo dîtina polarîteya molekulî

Girêdanek di navbera atomên bi elektronnegatîvîtiya cuda de polar e, bi barê beşî yê neyînî (δ−) li ser atoma elektronnegatîvtir. Her dîpolek girêdanê mezinahî û arasteyek heye, ji ber vê yekê ew wekî vektorekê tevdigere. Momenta dîpola molekulî berhevoka vektorî ya hemû dîpolên girêdanê ye, bi gelemperî bi debye (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m) tê raporkirin.

Dîpolên girêdanê betal dibin dema girêdanên yeksan bi sîmetrî dora atoma navendî hatine rêzkirin. Ev ji bo molekulên AX₂ xetî, AX₃ sêgoşeyî-planar, AX₄ çarfaceyî, AX₅ sêgoşeyî-bîpîramîdî û AX₆ oktahedral çêdibe dema hemû atomên X heman in, û her weha ji bo şiklên AX₄E₂ planara çargoşe û AX₂E₃ xetî, ku cotên tenê bi sîmetrî hatine rêzkirin û her girêdanek rasterast li dijî girêdaneke yeksan diçe. Hevkirinên din ên şikl û cîguheran bi gelemperî dîpoleke net dihêlin.

Berhevdana çareserkirî: dîoksîda kewgirdê û trîoksîda kewgirdê. SO₂ 6 + 2(6) = 18 elektronên valansê heye; avahiya wê ya Lewis du domenên girêdanê û yek cotek tenê li ser kewgirdê datîne (AX₂E), ji ber vê yekê molekul xwar e. Her du dîpolên S–O bi beşî di heman arasteyê de diçin, berhevoka wan ne sifir e, û SO₂ polar e. SO₃ 6 + 3(6) = 24 elektronên valansê û sê domenên girêdanê bê cotek tenê li ser kewgirdê heye (AX₃), ji ber vê yekê ew sêgoşeyî-planar e. Sê dîpolên wekhev ên 120° ji hev dûr dibin sifir, û SO₃ nepolar e tevî ku her girêdana tê de polar e.

Xeletiyên berbelav ên şikl û polarîteyê

Piraniya xeletiyan ji derbaskirina avahiya Lewis têne an ji xwendina xêzkirina daşk a li ser rûpelê wekî ku şiklê rastîn be. Rûtînek bilez wan digire: avahiya Lewis bikişîne, domenên li ser atoma navendî bijmêre, geometriya domenên elektronan bi nav bike, cotên tenê rake da ku şiklê molekulî bi nav bikî, paşê dîpolên girêdanê di sê pîvanan de li hev bike.

Modeleke fîzîkî an xêzkirineke baldar a bi pêl û xêzik di gava dawî de alîkar e. Heke tu bikaribî molekulê bizivirînî da ku yek dîpola girêdanê hevjîneke wê ya di arasteya berovajî de nebe, molekul polar e. Heke her girêdanek bi girêdaneke yeksan a li aliyê din ve, an bi komeke sîmetrîk wekî sê girêdanên 120°, were hevjîn kirin, ew nepolar e.

• Nav kirina geometriya domenên elektronan dema pirs şiklê molekulî dipirse. Domenên avê çarfaceyî ne; şiklê wê xwar e.
• Ji bîrkirina cotên tenê li ser atoma navendî, ku NH₃ bi şaşî dike molekuleke sêgoşeyî-planar.
• Jimartina girêdaneke dualî an sêalî wekî du an sê domenan.
• Encamgirtina ku molekulek polar e ji ber ku girêdanên wê polar in, bêyî kontrolkirina ka dîpol betal dibin.
• Darizandina sîmetriyê ji xêzkirineke daşk. CH₂Cl₂ li ser kaxezê sîmetrîk xuya dike lê çarfaceyî ye bi du cureyên girêdanên cuda, ji ber vê yekê polar e.
• Danîna cotên tenê di cihên axial yên bîpîramîdeke sêgoşeyî de, ku şiklê şaş ji bo SF₄, ClF₃ û XeF₂ dide.