VSEPR геометриясы жана молекулярдык полярдуулук

Борбордук атомдун айланасындагы электрон домендерин саноо

VSEPR туура Льюис структурасынан башталат. Борбордук атомдун айланасындагы электрон домендерин санаңыз: ар бир жалгыз жуп бир домен, ал эми башка атом менен ар бир байланыш жөнөкөй, кош же үч болсо да бир домен. Жалпы санды көбүнчө стерикалык сан деп аташат. Кош байланыш бир жолу саналат, анткени анын электрондору эки атомдун ортосундагы мейкиндиктин бир эле аймагын ээлейт.

Стерикалык сан электрон домендеринин геометриясын, домендерди эң алыс кармаган жайгашууну, аныктайт. Эки домен сызыктуу (180°), үчөө үч бурчтуу жалпак (120°), төртөө тетраэдрдик (109.5°), бешөө үч бурчтуу бипирамидалык (90° жана 120°), алтоо октаэдрдик (90°).

Кыскача белги санакты көзөмөлдөйт. AXₘEₙ белгилөөсүндө A — борбордук атом, m — байланышкан X атомдорунун саны, жана n — борбордук атомдогу жалгыз E жуптарынын саны. Суу AX₂E₂: эки байланышкан атом жана эки жалгыз жуп, стерикалык сан 4.

Электрон домендеринин геометриясы жана молекуланын формасы

Жалгыз жуптар орун ээлейт, бирок алар атом эмес, ошондуктан молекулалык форманын атынан көрүнбөйт. Молекулалык геометрия атомдор кайда турганын гана сүрөттөйт. Борбордук атомдо жалгыз жуптар жок болсо, эки геометрия бирдей; жалгыз жуптар болсо, алар айырмаланат.

Үч бурчтуу бипирамидада позициялар барабар эмес: үч экватордук позиция бири-биринен 120° алыс, ал эми эки октук позиция экватордон 90° алыс. Жалгыз жуптар адегенде экватордук позицияларга барат, анткени экватордук жайда 90°та эки гана коңшу бар, ал эми октук жайда үч.

• Стерикалык сан 3: AX₃ үч бурчтуу жалпак; AX₂E бурчтуу, бурчу 120°тан кичине.
• Стерикалык сан 4: AX₄ тетраэдрдик; AX₃E үч бурчтуу пирамидалык; AX₂E₂ бурчтуу, бурчтары 109.5°тан кичине.
• Стерикалык сан 5: AX₅ үч бурчтуу бипирамидалык; AX₄E дисфеноид (seesaw); AX₃E₂ T-формасындагы; AX₂E₃ сызыктуу.
• Стерикалык сан 6: AX₆ октаэдрдик; AX₅E төрт бурчтуу пирамидалык; AX₄E₂ төрт бурчтуу жалпак.

Жалгыз жуптар байланыш бурчтарын эмне үчүн кыскартат

Жалгыз жупту бир гана ядро кармайт, ошондуктан анын электрон тыгыздыгы борбордук атомдун жанында байланыш жубуна караганда кененирээк тарайт. Ошондуктан түртүлүүлөр жалгыз жуп–жалгыз жуп > жалгыз жуп–байланыш жубу > байланыш жубу–байланыш жубу тартибин ээрчийт, жана ар бир кошулган жалгыз жуп калган байланыштарды бири-бирине жакындатып кысат.

Тетраэдрдик үй-бүлө тенденцияны көрсөтөт. Жалгыз жупу жок метан, CH₄, H–C–H бурчтары 109.5°. Бир жалгыз жупу бар аммиак, NH₃, H–N–H бурчтары бир аз кичине. Эки жалгыз жупу бар суу H–O–H бурчу 104.5°, бул OpenStax Chemistry 2e берген маани. Көп байланыштар да окшош, кичирээк таасир берет, анткени кош байланыш жөнөкөй байланышка караганда көбүрөөк электрон тыгыздыгын кармайт.

VSEPR бул четтөөлөрдүн багытын ишенимдүү алдын ала айтат, бирок так өлчөмүн эмес. Суроо жалгыз жуптары бар молекуладагы бурчту сураганда, өлчөнгөн маалыматыңыз болбосо, идеалдуу маанинен «бир аз кичине» деп жооп бериңиз.

Чыгарылган мисалдар: хлор трифториди жана ксенон тетрафториди

Хлор трифториди, ClF₃. Валенттик электрондор: 7 + 3(7) = 28. Үч Cl–F жөнөкөй байланышы 6 электронду колдонот, ал эми үч фтор октетин толуктоо 3 × 6 = 18ди колдонот, жалпысынан 24. Калган 4 электрон хлорго эки жалгыз жуп катары коюлат. Хлордун үч байланышы жана эки жалгыз жупу бар, демек ал AX₃E₂, стерикалык саны 5 жана электрон домендеринин геометриясы үч бурчтуу бипирамидалык.

Эки жалгыз жуп тең экватордук позицияларды ээлейт. Ал экватордук тегиздикте бир фторду жана октук позицияларда экөөнү калтырат, ошентип атомдор T формасын түзөт. Жалгыз жуптар октук фтордорду экватордук фторго карай түртөт, ошондуктан F–Cl–F бурчтары 90°тан бир аз кичине. Үч Cl–F байланыш диполу T формасында жокко чыкпайт, ошондуктан ClF₃ полярдуу.

Ксенон тетрафториди, XeF₄. Валенттик электрондор: 8 + 4(7) = 36. Төрт Xe–F байланышы 8 электронду колдонот жана фтордун жалгыз жуптары 4 × 6 = 24ту колдонот, жалпысынан 32. Калган 4 электрон ксенондогу эки жалгыз жуп. Төрт байланышы жана эки жалгыз жупу менен ксенон AX₄E₂, стерикалык саны 6, электрон домендеринин геометриясы октаэдрдик.

Октаэдрде ар бир позиция барабар, ошондуктан биринчи жалгыз жуп каалаган жерге бара алат; экинчиси жалгыз жуп–жалгыз жуп түртүлүүсүн азайтуу үчүн ага тикелей карама-каршы, 180° алыс барат. Төрт фтор андан кийин коңшуларына 90° менен бир тегиздикте жатат: төрт бурчтуу жалпак. Ар бир Xe–F байланышы полярдуу, бирок карама-каршы байланыштар так карама-каршы багытта багытталган, ошондуктан диполдор жокко чыгат жана XeF₄ полярсыз.

Молекулярдык полярдуулукту табуу үчүн байланыш диполдорун кошуу

Ар кандай электр терсдикке ээ атомдордун ортосундагы байланыш полярдуу, көбүрөөк электр терс атомдо жарым-жартылай терс заряд (δ−) бар. Ар бир байланыш дипол өлчөмгө жана багытка ээ, ошондуктан вектор сыяктуу жүрөт. Молекулярдык дипол моменти — бардык байланыш диполдорунун вектордук суммасы, адатта дебай менен берилет (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

Бирдей байланыштар борбордук атомдун айланасында симметриялуу жайгашканда байланыш диполдору жокко чыгат. Бул бардык X атомдору бирдей болгондо AX₂ сызыктуу, AX₃ үч бурчтуу жалпак, AX₄ тетраэдрдик, AX₅ үч бурчтуу бипирамидалык жана AX₆ октаэдрдик молекулаларда болот, ошондой эле жалгыз жуптар симметриялуу жайгашып, ар бир байланыш бирдей байланышка тикелей карама-каршы багытталган AX₄E₂ төрт бурчтуу жалпак жана AX₂E₃ сызыктуу формаларда болот. Форма менен орун басарлардын башка айкалыштары жалпысынан таза диполду калтырат.

Чыгарылган салыштыруу: күкүрт диоксиди жана күкүрт триоксиди. SO₂ 6 + 2(6) = 18 валенттик электронго ээ; анын Льюис структурасы күкүрттө эки байланыш доменин жана бир жалгыз жупту коёт (AX₂E), ошондуктан молекула бурчтуу. Эки S–O дипол жарым-жартылай бир багытта багытталган, алардын суммасы нөл эмес, жана SO₂ полярдуу. SO₃ 6 + 3(6) = 24 валенттик электронго жана күкүрттө жалгыз жупсуз үч байланыш доменине ээ (AX₃), ошондуктан ал үч бурчтуу жалпак. 120° алыс үч барабар дипол нөлгө чейин кошулат жана SO₃ ичиндеги ар бир байланыш полярдуу болсо да полярсыз.

Форма жана полярдуулук боюнча кеңири таралган каталар

Каталардын көбү Льюис структурасын өткөрүп жиберүүдөн же барактагы жалпак сүрөттү чыныгы форма катары окуудан келип чыгат. Тез тартип аларды байкайт: Льюис структурасын тартыңыз, борбордук атомдогу домендерди санаңыз, электрон домендеринин геометриясын атаңыз, молекулалык форманы атоо үчүн жалгыз жуптарды алып салыңыз, андан кийин байланыш диполдорун үч өлчөмдө кошуңуз.

Физикалык модель же кылдат сына-сызык эскиз акыркы кадамда жардам берет. Эгер молекуланы бир байланыш диполунун карама-каршы багытталган өнөктөшү жок болгондой бурсаңыз, молекула полярдуу. Эгер ар бир байланыш карама-каршы тараптагы бирдей байланыш менен, же 120° менен үч байланыш сыяктуу симметриялуу топтом менен жупташса, ал полярсыз.

• Суроо молекулалык форманы сураганда электрон домендеринин геометриясын атоо. Суунун домендери тетраэдрдик; анын формасы бурчтуу.
• Борбордук атомдогу жалгыз жуптарды унутуу, ал NH₃ту катачылык менен үч бурчтуу жалпак молекулага айлантат.
• Кош же үч байланышты эки же үч домен деп санап коюу.
• Байланыштары полярдуу болгондуктан молекула полярдуу деген жыйынтыкка диполдор жокко чыгарын текшербей келүү.
• Симметрияны жалпак сүрөттөн баалоо. CH₂Cl₂ кагазда симметриялуу көрүнөт, бирок эки башка түрдөгү байланышы бар тетраэдр, ошондуктан ал полярдуу.
• Жалгыз жуптарды үч бурчтуу бипирамиданын октук позицияларына коюу, ал SF₄, ClF₃ жана XeF₂ үчүн туура эмес форманы берет.