VSEPR geometriyasi va molekula qutbliligi

Markaziy atom atrofidagi elektron domenlarni sanash

VSEPR to'g'ri Lyuis tuzilmasidan boshlanadi. Markaziy atom atrofida elektron domenlarni sanang: har bir yolg'iz juft bitta domen, boshqa atomga har bir bog' yagona, qo'sh yoki uch bo'lishidan qat'i nazar bitta domen. Jami son ko'pincha sterik son deyiladi. Qo'sh bog' bir marta sanaladi, chunki uning elektronlari ikki atom orasidagi bir xil fazo sohasini egallaydi.

Sterik son elektron-domen geometriyasini, ya'ni domenlarni bir-biridan eng uzoq tutadigan joylashuvni belgilaydi. Ikki domen chiziqli (180°), uchta tekis uchburchak (120°), to'rtta tetraedrik (109.5°), beshta uchburchakli bipiramida (90° va 120°), oltita oktaedrik (90°).

Qisqa belgi sanashni kuzatib boradi. AXₘEₙ yozuvida A — markaziy atom, m — bog'langan X atomlari soni, n — markaziy atomdagi yolg'iz E juftlar soni. Suv AX₂E₂: ikkita bog'langan atom va ikkita yolg'iz juft, sterik son 4.

Elektron-domen geometriyasi va molekula shakli

Yolg'iz juftlar joy egallaydi, lekin ular atom emas, shuning uchun molekula shakli nomida ko'rinmaydi. Molekulyar geometriya faqat atomlar qayerda joylashganini tasvirlaydi. Markaziy atomda yolg'iz juftlar bo'lmasa, ikki geometriya bir xil; yolg'iz juftlar bo'lsa, ular farq qiladi.

Uchburchakli bipiramidada o'rinlar ekvivalent emas: uchta ekvatorial o'rin bir-biridan 120° da, ikkita aksial o'rin esa ekvatordan 90° da. Yolg'iz juftlar avval ekvatorial o'rinlarga tushadi, chunki ekvatorial o'rinning 90° da faqat ikkita qo'shnisi bor, aksial o'rinning esa uchta.

• Sterik son 3: AX₃ tekis uchburchak; AX₂E burchakli, burchagi 120° dan kichik.
• Sterik son 4: AX₄ tetraedrik; AX₃E uchburchakli piramida; AX₂E₂ burchakli, burchaklari 109.5° dan kichik.
• Sterik son 5: AX₅ uchburchakli bipiramida; AX₄E tebranma taxta (seesaw); AX₃E₂ T-shaklli; AX₂E₃ chiziqli.
• Sterik son 6: AX₆ oktaedrik; AX₅E kvadrat piramida; AX₄E₂ kvadrat tekis.

Nima uchun yolg'iz juftlar valent burchaklarini siqadi

Yolg'iz juftni faqat bitta yadro ushlab turadi, shuning uchun uning elektron zichligi markaziy atom yaqinida bog'lovchi juftnikiga qaraganda kengroq yoyiladi. Shuning uchun itarishlar quyidagi tartibga amal qiladi: yolg'iz juft–yolg'iz juft > yolg'iz juft–bog'lovchi juft > bog'lovchi juft–bog'lovchi juft, va qo'shilgan har bir yolg'iz juft qolgan bog'larni bir-biriga yaqinlashtiradi.

Tetraedrik oila tendensiyani ko'rsatadi. Yolg'iz juftsiz metan CH₄ da H–C–H burchaklari 109.5°. Bitta yolg'iz juftli ammiak NH₃ da H–N–H burchaklari sal kichikroq. Ikki yolg'iz juftli suvda H–O–H burchagi 104.5°, bu OpenStax Chemistry 2e da keltirilgan qiymat. Karrali bog'lar ham shunga o'xshash, kichikroq ta'sir ko'rsatadi, chunki qo'sh bog' yagona bog'dan ko'proq elektron zichligini ushlab turadi.

VSEPR bu og'ishlarning yo'nalishini ishonchli bashorat qiladi, ammo ularning aniq kattaligini emas. Savol yolg'iz juftli molekuladagi burchakni so'rasa, o'lchangan ma'lumotlaringiz bo'lmasa, ideal qiymatdan «biroz kichikroq» deb javob bering.

Yechilgan misollar: xlor triftorid va ksenon tetraftorid

Xlor triftorid, ClF₃. Valent elektronlar: 7 + 3(7) = 28. Uchta Cl–F yagona bog'i 6 elektron sarflaydi, uchta ftor oktetini to'ldirish 3 × 6 = 18 sarflaydi, jami 24. Qolgan 4 elektron xlorda ikkita yolg'iz juft sifatida qoladi. Xlorda uchta bog' va ikkita yolg'iz juft bor, shuning uchun u AX₃E₂, sterik soni 5 va elektron-domen geometriyasi uchburchakli bipiramida.

Ikkala yolg'iz juft ekvatorial o'rinlarni egallaydi. Bu ekvatorial tekislikda bitta ftorni, aksial o'rinlarda ikkitasini qoldiradi, shuning uchun atomlar T shaklini hosil qiladi. Yolg'iz juftlar aksial ftorlarni ekvatorial ftor tomon itaradi, shuning uchun F–Cl–F burchaklari 90° dan sal kichik. T shaklida uchta Cl–F bog' dipoli bir-birini bekor qilmaydi, shuning uchun ClF₃ qutbli.

Ksenon tetraftorid, XeF₄. Valent elektronlar: 8 + 4(7) = 36. To'rtta Xe–F bog'i 8 elektron sarflaydi, ftorning yolg'iz juftlari esa 4 × 6 = 24 sarflaydi, jami 32. Qolgan 4 elektron ksenondagi ikkita yolg'iz juft. To'rtta bog' va ikkita yolg'iz juft bilan ksenon AX₄E₂, sterik soni 6, elektron-domen geometriyasi oktaedrik.

Oktaedrda barcha o'rinlar ekvivalent, shuning uchun birinchi yolg'iz juft istalgan joyga tushishi mumkin; ikkinchisi yolg'iz juft–yolg'iz juft itarishini kamaytirish uchun to'g'ri uning qarshisiga, 180° narida joylashadi. To'rtta ftor shunda bir tekislikda qo'shnilariga 90° da yotadi: kvadrat tekis. Har bir Xe–F bog'i qutbli, lekin qarama-qarshi bog'lar aynan teskari yo'nalishga qaraydi, shuning uchun dipollar bekor bo'ladi va XeF₄ qutbsiz.

Molekula qutbliligini topish uchun bog' dipollarini qo'shish

Elektrmanfiyligi turlicha atomlar orasidagi bog' qutbli, elektrmanfiyroq atomda qisman manfiy zaryad (δ−) bor. Har bir bog' dipolining kattaligi va yo'nalishi bor, shuning uchun u vektor kabi harakat qiladi. Molekulyar dipol momenti — barcha bog' dipollarining vektor yig'indisi, odatda debaylarda beriladi (1 D ≈ 3.336 × 10⁻³⁰ C·m).

Bir xil bog'lar markaziy atom atrofida simmetrik joylashganda bog' dipollari bekor bo'ladi. Bu barcha X atomlari bir xil bo'lganda AX₂ chiziqli, AX₃ tekis uchburchak, AX₄ tetraedrik, AX₅ uchburchakli bipiramida va AX₆ oktaedrik molekulalar uchun, shuningdek yolg'iz juftlar simmetrik joylashgan va har bir bog' bir xil bog'ning aynan qarshisiga qaragan AX₄E₂ kvadrat tekis va AX₂E₃ chiziqli shakllar uchun ham sodir bo'ladi. Shakl va o'rinbosarlarning boshqa birikmalari odatda sof dipolni qoldiradi.

Yechilgan taqqoslash: oltingugurt dioksid va oltingugurt trioksid. SO₂ da 6 + 2(6) = 18 valent elektron bor; uning Lyuis tuzilmasi oltingugurtda ikkita bog'lovchi domen va bitta yolg'iz juftni (AX₂E) joylashtiradi, shuning uchun molekula burchakli. Ikki S–O dipoli qisman bir yo'nalishga qaraydi, ularning yig'indisi nolga teng emas va SO₂ qutbli. SO₃ da 6 + 3(6) = 24 valent elektron va oltingugurtda yolg'iz juftsiz uchta bog'lovchi domen (AX₃) bor, shuning uchun u tekis uchburchak. 120° oraliqdagi uchta teng dipol yig'indisi nolga teng va undagi har bir bog' qutbli bo'lsa ham, SO₃ qutbsiz.

Shakl va qutblilikdagi keng tarqalgan xatolar

Xatolarning ko'pi Lyuis tuzilmasini o'tkazib yuborishdan yoki sahifadagi yassi chizmani haqiqiy shakl deb o'qishdan kelib chiqadi. Tezkor tartib ularni aniqlaydi: Lyuis tuzilmasini chizing, markaziy atomdagi domenlarni sanang, elektron-domen geometriyasini nomlang, molekulyar shaklni nomlash uchun yolg'iz juftlarni olib tashlang, so'ng bog' dipollarini uch o'lchamda qo'shing.

Jismoniy model yoki ehtiyotkorlik bilan chizilgan xanjar-chiziqli eskiz oxirgi qadamda yordam beradi. Molekulani shunday aylantira olsangiz-ki, bitta bog' dipolining teskari yo'nalishda juftligi bo'lmasa, molekula qutbli. Agar har bir bog' qarama-qarshi tomondagi bir xil bog' bilan yoki 120° da uchta bog' kabi simmetrik to'plam bilan mos kelsa, u qutbsiz.

• Savol molekulyar shaklni so'raganda elektron-domen geometriyasini nomlash. Suvning domenlari tetraedrik; uning shakli burchakli.
• Markaziy atomdagi yolg'iz juftlarni unutish, bu NH₃ ni xato bilan tekis uchburchak molekula qilib qo'yadi.
• Qo'sh yoki uch bog'ni ikki yoki uch domen deb sanash.
• Bog'lari qutbli bo'lgani uchun molekula qutbli, deb dipollar bekor bo'lishini tekshirmay xulosa qilish.
• Simmetriyani yassi chizmaga qarab baholash. CH₂Cl₂ qog'ozda simmetrik ko'rinadi, lekin ikki xil bog'li tetraedrik, shuning uchun qutbli.
• Yolg'iz juftlarni uchburchakli bipiramidaning aksial o'rinlariga qo'yish, bu SF₄, ClF₃ va XeF₂ uchun noto'g'ri shaklni beradi.