VSEPR జ్యామితి, అణు ధ్రువణత

కేంద్ర పరమాణువు చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్ డొమైన్‌లను లెక్కించడం

VSEPR సరైన లూయిస్ నిర్మాణం నుండి మొదలవుతుంది. కేంద్ర పరమాణువు చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్ డొమైన్‌లను లెక్కించండి: ప్రతి ఒంటరి జత ఒక డొమైన్, మరొక పరమాణువుతో ప్రతి బంధం ఏకబంధమైనా, ద్విబంధమైనా, త్రిబంధమైనా ఒక డొమైన్. మొత్తాన్ని తరచుగా స్టెరిక్ సంఖ్య అంటారు. ద్విబంధం ఒకసారి మాత్రమే లెక్కించబడుతుంది, ఎందుకంటే దాని ఎలక్ట్రాన్‌లు రెండు పరమాణువుల మధ్య అంతరిక్షంలో ఒకే ప్రాంతాన్ని ఆక్రమిస్తాయి.

స్టెరిక్ సంఖ్య ఎలక్ట్రాన్-డొమైన్ జ్యామితిని, అంటే డొమైన్‌లను అత్యంత దూరంగా ఉంచే అమరికను, నిర్ణయిస్తుంది. రెండు డొమైన్‌లు రేఖీయం (180°), మూడు త్రిభుజాకార సమతలం (120°), నాలుగు చతుర్ముఖీయం (109.5°), ఐదు త్రిభుజాకార ద్విపిరమిడల్ (90°, 120°), ఆరు అష్టముఖీయం (90°).

ఒక చిన్న లేబుల్ లెక్కను గమనిస్తుంది. AXₘEₙ సంజ్ఞామానంలో, A కేంద్ర పరమాణువు, m బంధించబడిన పరమాణువులు X సంఖ్య, n కేంద్ర పరమాణువుపై ఒంటరి జతల E సంఖ్య. నీరు AX₂E₂: రెండు బంధిత పరమాణువులు, రెండు ఒంటరి జతలు, స్టెరిక్ సంఖ్య 4.

ఎలక్ట్రాన్-డొమైన్ జ్యామితి, అణు ఆకారం

ఒంటరి జతలు స్థలాన్ని ఆక్రమిస్తాయి కానీ అవి పరమాణువులు కావు, కాబట్టి అణు ఆకారం పేరులో అవి కనిపించవు. అణు జ్యామితి పరమాణువులు ఎక్కడ ఉన్నాయో మాత్రమే వివరిస్తుంది. కేంద్ర పరమాణువుపై ఒంటరి జతలు లేనప్పుడు, రెండు జ్యామితులూ ఒకటే; ఒంటరి జతలు ఉన్నప్పుడు అవి భిన్నంగా ఉంటాయి.

త్రిభుజాకార ద్విపిరమిడ్‌లో స్థానాలు సమానం కావు: మూడు భూమధ్యరేఖా స్థానాలు 120° దూరంలో ఉంటాయి, రెండు అక్షీయ స్థానాలు భూమధ్యరేఖ నుండి 90° ఉంటాయి. ఒంటరి జతలు ముందు భూమధ్యరేఖా స్థానాలకు వెళ్తాయి, ఎందుకంటే భూమధ్యరేఖా స్థానానికి 90° వద్ద రెండు పొరుగువారు మాత్రమే ఉండగా, అక్షీయ స్థానానికి మూడు ఉంటాయి.

• స్టెరిక్ సంఖ్య 3: AX₃ త్రిభుజాకార సమతలం; AX₂E వంపు తిరిగిన ఆకారం, కోణం 120° కంటే తక్కువ.
• స్టెరిక్ సంఖ్య 4: AX₄ చతుర్ముఖీయం; AX₃E త్రిభుజాకార పిరమిడల్; AX₂E₂ వంపు తిరిగిన ఆకారం, కోణాలు 109.5° కంటే తక్కువ.
• స్టెరిక్ సంఖ్య 5: AX₅ త్రిభుజాకార ద్విపిరమిడల్; AX₄E సీసా ఆకారం; AX₃E₂ T-ఆకారం; AX₂E₃ రేఖీయం.
• స్టెరిక్ సంఖ్య 6: AX₆ అష్టముఖీయం; AX₅E చతురస్ర పిరమిడల్; AX₄E₂ చతురస్ర సమతలం.

ఒంటరి జతలు బంధ కోణాలను ఎందుకు కుదిస్తాయి

ఒంటరి జతను ఒకే కేంద్రకం పట్టుకుంటుంది, కాబట్టి దాని ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రత కేంద్ర పరమాణువు దగ్గర బంధన జత కంటే విశాలంగా విస్తరిస్తుంది. కాబట్టి వికర్షణలు ఈ క్రమాన్ని అనుసరిస్తాయి: ఒంటరి జత–ఒంటరి జత > ఒంటరి జత–బంధన జత > బంధన జత–బంధన జత, జోడించిన ప్రతి ఒంటరి జత మిగిలిన బంధాలను మరింత దగ్గరగా నొక్కుతుంది.

చతుర్ముఖీయ కుటుంబం ఈ ధోరణిని చూపుతుంది. ఒంటరి జతలు లేని మీథేన్, CH₄, కు H–C–H కోణాలు 109.5°. ఒక ఒంటరి జత ఉన్న అమోనియా, NH₃, కు H–N–H కోణాలు కొద్దిగా చిన్నవి. రెండు ఒంటరి జతలున్న నీటికి H–O–H కోణం 104.5°, ఇది OpenStax Chemistry 2e లో ఇచ్చిన విలువ. ద్విబంధం ఏకబంధం కంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రతను కలిగి ఉంటుంది కాబట్టి, బహుబంధాలకు ఇదే విధమైన, చిన్న ప్రభావం ఉంటుంది.

VSEPR ఈ విచలనాల దిశను నమ్మదగినట్లు అంచనా వేస్తుంది, కానీ వాటి ఖచ్చితమైన పరిమాణాన్ని కాదు. ఒంటరి జతలున్న అణువులో కోణం గురించి ప్రశ్న అడిగినప్పుడు, కొలిచిన డేటా లేకపోతే ఆదర్శ విలువ కంటే "కొద్దిగా తక్కువ" అని సమాధానం ఇవ్వండి.

సాధన ఉదాహరణలు: క్లోరిన్ ట్రైఫ్లోరైడ్, జినాన్ టెట్రాఫ్లోరైడ్

క్లోరిన్ ట్రైఫ్లోరైడ్, ClF₃. సంయోజకత ఎలక్ట్రాన్‌లు: 7 + 3(7) = 28. మూడు Cl–F ఒకే బంధాలు 6 ఎలక్ట్రాన్‌లను ఉపయోగిస్తాయి, మూడు ఫ్లోరిన్ అష్టకాలను పూర్తి చేయడానికి 3 × 6 = 18 కావాలి, మొత్తం 24. మిగిలిన 4 ఎలక్ట్రాన్‌లు క్లోరిన్‌పై రెండు ఒంటరి జతలుగా ఉంటాయి. క్లోరిన్‌కు మూడు బంధాలు, రెండు ఒంటరి జతలు ఉన్నాయి, కాబట్టి అది స్టెరిక్ సంఖ్య 5, త్రిభుజాకార ద్విపిరమిడల్ ఎలక్ట్రాన్-డొమైన్ జ్యామితితో AX₃E₂.

రెండు ఒంటరి జతలూ భూమధ్యరేఖా స్థానాలను తీసుకుంటాయి. అప్పుడు ఒక ఫ్లోరిన్ భూమధ్యరేఖా తలంలో, రెండు అక్షీయ స్థానాల్లో ఉంటాయి, కాబట్టి పరమాణువులు T ఆకారాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. ఒంటరి జతలు అక్షీయ ఫ్లోరిన్‌లను భూమధ్యరేఖా దాని వైపు నెడతాయి, కాబట్టి F–Cl–F కోణాలు 90° కంటే కొద్దిగా తక్కువ. T ఆకారంలో మూడు Cl–F బంధ ద్విధ్రువాలు రద్దు కావు, కాబట్టి ClF₃ ధ్రువం.

జినాన్ టెట్రాఫ్లోరైడ్, XeF₄. సంయోజకత ఎలక్ట్రాన్‌లు: 8 + 4(7) = 36. నాలుగు Xe–F బంధాలు 8 ఎలక్ట్రాన్‌లను, ఫ్లోరిన్ ఒంటరి జతలు 4 × 6 = 24 ను ఉపయోగిస్తాయి, మొత్తం 32. మిగిలిన 4 ఎలక్ట్రాన్‌లు జినాన్‌పై రెండు ఒంటరి జతలు. నాలుగు బంధాలు, రెండు ఒంటరి జతలతో, జినాన్ AX₄E₂, స్టెరిక్ సంఖ్య 6, అష్టముఖీయ ఎలక్ట్రాన్-డొమైన్ జ్యామితి.

అష్టముఖిలో ప్రతి స్థానమూ సమానం, కాబట్టి మొదటి ఒంటరి జత ఎక్కడైనా వెళ్లవచ్చు; ఒంటరి జత–ఒంటరి జత వికర్షణను తగ్గించడానికి రెండోది దానికి నేరుగా ఎదురుగా, 180° దూరంలో వెళ్తుంది. అప్పుడు నాలుగు ఫ్లోరిన్‌లు తమ పొరుగువారికి 90° వద్ద ఒకే తలంలో ఉంటాయి: చతురస్ర సమతలం. ప్రతి Xe–F బంధం ధ్రువమే, కానీ ఎదురెదురు బంధాలు ఖచ్చితంగా వ్యతిరేక దిశల్లో ఉంటాయి, కాబట్టి ద్విధ్రువాలు రద్దవుతాయి, XeF₄ అధ్రువం.

అణు ధ్రువణతను కనుగొనడానికి బంధ ద్విధ్రువాలను కూడటం

వేర్వేరు విద్యుదృణాత్మకత గల పరమాణువుల మధ్య బంధం ధ్రువం, ఎక్కువ విద్యుదృణాత్మక పరమాణువుపై పాక్షిక ఋణ ఆవేశం (δ−) ఉంటుంది. ప్రతి బంధ ద్విధ్రువానికి పరిమాణం, దిశ ఉంటాయి, కాబట్టి అది సదిశలా ప్రవర్తిస్తుంది. అణు ద్విధ్రువ భ్రామకం అన్ని బంధ ద్విధ్రువాల సదిశ మొత్తం, సాధారణంగా డిబైలలో చెబుతారు (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

ఒకేలాంటి బంధాలు కేంద్ర పరమాణువు చుట్టూ సౌష్ఠవంగా అమరినప్పుడు బంధ ద్విధ్రువాలు రద్దవుతాయి. అన్ని X పరమాణువులూ ఒకటే అయినప్పుడు AX₂ రేఖీయం, AX₃ త్రిభుజాకార సమతలం, AX₄ చతుర్ముఖీయం, AX₅ త్రిభుజాకార ద్విపిరమిడల్, AX₆ అష్టముఖీయ అణువులకు ఇది జరుగుతుంది, అలాగే AX₄E₂ చతురస్ర సమతలం, AX₂E₃ రేఖీయ ఆకారాలకు కూడా, ఇక్కడ ఒంటరి జతలు సౌష్ఠవంగా అమరి ఉంటాయి, ప్రతి బంధం ఒకేలాంటి బంధానికి నేరుగా ఎదురుగా ఉంటుంది. ఆకారం, ప్రతిక్షేపకాల ఇతర కలయికలు సాధారణంగా నికర ద్విధ్రువాన్ని మిగులుస్తాయి.

సాధన పోలిక: సల్ఫర్ డైఆక్సైడ్, సల్ఫర్ ట్రైఆక్సైడ్. SO₂ కు 6 + 2(6) = 18 సంయోజకత ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉన్నాయి; దాని లూయిస్ నిర్మాణం సల్ఫర్‌పై రెండు బంధన డొమైన్‌లు, ఒక ఒంటరి జతను (AX₂E) ఉంచుతుంది, కాబట్టి అణువు వంపు తిరిగి ఉంటుంది. రెండు S–O ద్విధ్రువాలు పాక్షికంగా ఒకే దిశలో ఉంటాయి, వాటి మొత్తం సున్నా కాదు, SO₂ ధ్రువం. SO₃ కు 6 + 3(6) = 24 సంయోజకత ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉన్నాయి, సల్ఫర్‌పై ఒంటరి జత లేకుండా మూడు బంధన డొమైన్‌లు (AX₃) ఉన్నాయి, కాబట్టి అది త్రిభుజాకార సమతలం. 120° దూరంలో ఉన్న మూడు సమాన ద్విధ్రువాల మొత్తం సున్నా, అందులోని ప్రతి బంధం ధ్రువమైనా SO₃ అధ్రువం.

ఆకారం, ధ్రువణతలో సాధారణ తప్పులు

చాలా తప్పులు లూయిస్ నిర్మాణాన్ని దాటవేయడం నుండి లేదా పేజీలోని సమతల చిత్రాన్ని నిజమైన ఆకారంలా చదవడం నుండి వస్తాయి. ఒక త్వరిత విధానం వాటిని పట్టుకుంటుంది: లూయిస్ నిర్మాణాన్ని గీయండి, కేంద్ర పరమాణువుపై డొమైన్‌లను లెక్కించండి, ఎలక్ట్రాన్-డొమైన్ జ్యామితికి పేరు పెట్టండి, అణు ఆకారానికి పేరు పెట్టడానికి ఒంటరి జతలను తొలగించండి, తర్వాత బంధ ద్విధ్రువాలను త్రిమితీయంలో కూడండి.

చివరి దశకు భౌతిక నమూనా లేదా జాగ్రత్తగా గీసిన వెడ్జ్-అండ్-డ్యాష్ చిత్రం సహాయపడుతుంది. ఒక బంధ ద్విధ్రువానికి వ్యతిరేక దిశలో భాగస్వామి లేకుండా అణువును తిప్పగలిగితే, అణువు ధ్రువం. ప్రతి బంధానికి ఎదురుగా ఒకేలాంటి బంధం ఉంటే, లేదా 120° వద్ద మూడు బంధాల వంటి సౌష్ఠవ సమూహం ఉంటే, అది అధ్రువం.

• ప్రశ్న అణు ఆకారం అడిగినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్-డొమైన్ జ్యామితికి పేరు పెట్టడం. నీటి డొమైన్‌లు చతుర్ముఖీయం; దాని ఆకారం వంపు తిరిగినది.
• కేంద్ర పరమాణువుపై ఒంటరి జతలను మర్చిపోవడం, ఇది NH₃ ను పొరపాటున త్రిభుజాకార సమతల అణువుగా మారుస్తుంది.
• ద్విబంధాన్ని లేదా త్రిబంధాన్ని రెండు లేదా మూడు డొమైన్‌లుగా లెక్కించడం.
• ద్విధ్రువాలు రద్దవుతాయో లేదో సరిచూడకుండా, బంధాలు ధ్రువం కాబట్టి అణువు ధ్రువమని నిర్ధారించడం.
• సమతల చిత్రం నుండి సౌష్ఠవాన్ని నిర్ణయించడం. CH₂Cl₂ కాగితంపై సౌష్ఠవంగా కనిపిస్తుంది కానీ రెండు వేర్వేరు రకాల బంధాలతో చతుర్ముఖీయం, కాబట్టి అది ధ్రువం.
• త్రిభుజాకార ద్విపిరమిడ్ అక్షీయ స్థానాలలో ఒంటరి జతలను ఉంచడం, ఇది SF₄, ClF₃, XeF₂ లకు తప్పు ఆకారాన్ని ఇస్తుంది.