Μοριακά Πρότυπα (Μοντέλα)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μοριακά Πρότυπα (Μοντέλα)"

Ὑπατια Δημητρακόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Μοριακά Πρότυπα (Μοντέλα) ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ 1. ΟΜΕΣ LEWIS - ΤΥΠΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (ΚΕΦ. 9.6, 9.9) 2. ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ - ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ VSEPR (ΚΕΦ. 10.1) 3. ΥΒΡΙ ΙΣΜΟΣ ΑΤΟΜΙΚΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΩΝ (ΚΕΦ. 10.3)

2 Αναγραφή τύπων ή δομών Lewis με ηλεκτρόνια-κουκκίδες Τα 4 βασικά βήματα για την αναγραφή ενός τύπου Lewis: 1. Υπολογίζουμε τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων σθένους 2. Γράφουμε τη σκελετική δομή* του μορίου χρησιμοποιώντας συνήθως ως κεντρικό άτομο το λιγότερο ηλεκτραρνητικό. * Σκελετική δομή είναι ο τύπος που δείχνει απλώς ποια άτομα συνδέονται με ποια μέσα στο μόριο με απλούς δεσμούς. π.χ. η σκελετική δομή του διοξειδίου του άνθρακα είναι Ο C Ο 3. Κατανέμουμεταηλεκτρόνιασταάτομαπου περιβάλλουν το κεντρικό άτομο (κανόνας οκτάδας). 4. Κατανέμουμε τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια ως ζεύγη στο κεντρικό άτομο.

3 Αναγραφή δομών Lewis Άσκηση 4.6 Γράψτε τον τύπο Lewis για το τριβρωμίδιο του φωσφόρου, PBr 3

4 Άσκηση Υπολογισμός συνολικού αριθμού ηλεκτρονίων σθένους. Ρ: Ομάδα 5Α 5 ηλεκτρόνια σθένους Br: Ομάδα 7Α 7 ηλεκτρόνια σθένους Ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους: 5 + (3 7) = Η σκελετική δομή θα έχει ως κεντρικό άτομο το P, επειδή είναι το λιγότερο ηλεκτραρνητικό, και τα άτομα Br ως περιφερειακά: Br P Br απανήσαμε 6 από τα 26 ηλεκτρόνια Br 3. Κατανέμουμε ηλεκτρονικά ζεύγη στα περιφερειακά άτομα έτσι, ώστε να ικανοποιείται ο κανόνας της οκτάδας. (Απαιτούνται 3 6 = 18 ηλεκτρόνια.) 4. Κατανέμουμε τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια (26 24 = 2) στο άτομο Ρ: Br P Br Br

5 Μοριακή γεωμετρία Γιαναπροβλέψουμετηγεωμετρίαενόςμορίουτουγενικού τύπου ΑΒ n, με τη θεωρία VSEPR, ακολουθούμε τα εξής βήματα: 1. ΣχεδιάζουμετηδομήLewis του μορίου 2. Βρίσκουμε τα ηλεκτρονικά ζεύγη (δεσμικά και μονήρη Ε) στο φλοιό σθένους του κεντρικού ατόμου Α. Αν στο μόριο υπάρχει διπλός ή τριπλός δεσμός, τον θεωρούμε ως απλό. 3. Χαρακτηρίζουμε τη γεωμετρία των ηλεκτρονικών ζευγών και τη μοριακή γεωμετρία σύμφωνα με τους πίνακες που εμφανίζονται στις επόμενες διαφάνειες (ή τους σχετικούς Πίνακες του βιβλίου μας).

6 Μοριακή γεωμετρία 1. Κεντρικό άτομο με δύο ή τρία ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένους Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) Γεωμετρία Μοριακή Συνολικά εσμικά Μονήρη ηλ. ζευγών γεωμετρία ( ) (Ε) Γραμμική Γραμμική ΑB Επίπεδη τριγωνική ΑB 3 BeF 2 3 Επίπεδη τριγωνική BF 3 Μονήρες ζεύγος 2 1 Κεκαμμένη ή γωνιακή ΑB 2 E SO 2

7 Μοριακή γεωμετρία 2. Κεντρικό άτομο με τέσσερα ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένους Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) ιευθέτηση Μοριακή Συνολικά εσμικά Μονήρη ζευγών γεωμετρία ( ) (Ε) 4 0 Τετραεδρική ΑΒ 4 CH Τετραεδρική Τριγωνική πυραμιδική ΑΒ 3 Ε NH Κεκαμμένη ήγωνιακή ΑΒ 2 Ε 2 H 2 O

8 Μοριακή γεωμετρία 3. Κεντρικό άτομο με πέντε ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένους Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) ιευθέτηση Μοριακή Συνολικά εσμικά Μονήρη ζευγών γεωμετρία ( ) (Ε) 5 0 Τριγωνική διπυραμιδική ΑΒ 5 PCl Παραμορφωμένο τετράεδρο ΑΒ 4 Ε 5 Τριγωνική διπυραμιδική 3 2 Σχήματος Τ ΑΒ 3 Ε 2 SF 4 ClF Γραμμική ΑΒ 2 Ε 3 XeF 2

9 Αξονικές και ισημερινές κατευθύνσεις (θέσεις) στην τριγωνική διπυραμιδική διευθέτηση Τα ηλεκτρονικά ζεύγη κατευθύνονται κατά μήκος των μαύρων γραμμών προς τις κορυφές μιας τριγωνικής διπυραμίδας. Οι αξονικές θέσεις συμβολίζονται με Α (Axial) και οι ισημερινές με E (Equatorial). Απότηντριγωνικήδιπυραμίδα, μπορούμε, με κατάλληλες μετατροπές, να λάβουμε τις παράγωγες μοριακές γεωμετρίες παραμορφωμένο τετράεδρο, σχήμα Τ και γραμμική γεωμετρία.

10 Μοριακή γεωμετρία 4. Κεντρικό άτομο με έξι ηλεκτρονικά ζεύγη στο φλοιό σθένους Ηλεκτρονικά ζεύγη (HZ) ιευθέτηση Μοριακή Συνολικά εσμικά Μονήρη ζευγών γεωμετρία ( ) (Ε) 6 0 Οκταεδρική ΑΒ 6 SF Οκταεδρική Τετραγωνική πυραμιδική ΑΒ 5 Ε IF Επίπεδη τετραγωνική ΑΒ 4 Ε 2 XeF 4

11 Μοριακή γεωμετρία!!! Τέσσερα ηλεκτρονικά ζεύγη γύρω από το κεντρικό άτομο σημαίνει τετραεδρική διευθέτηση. Το μόριο όμως δεν έχει πάντοτε τετραεδρική γεωμετρία. CH 4 NH 3 H 2 O Μοριακή τετραεδρική τριγωνική κεκαμμένη γεωμετρία: πυραμιδική Γενικός τύπος: ΑB 4 ΑB 3 Ε ΑB 2 Ε 2

12 Μοριακή γεωμετρία Γιατί έχουμε αποκλίσεις των γωνιών δεσμών από τις ιδανικές τιμές, όταν υπάρχουν μονήρη ηλεκτρονικά ζεύγη; Ένα μονήρες ζεύγος ηλεκτρονίων απαιτεί περισσότερο χώρο από ένα δεσμικό ζεύγος. Το μονήρες ζεύγος είναι στο χώρο πιο διάχυτο, ενώ το δεσμικό ζεύγος συγκρατείται πιο κοντά στους πυρήνες. ΝΗ 3 : Το μονήρες ζεύγος στο άτομο του αζώτου διεκδικεί περισσότερο χώρο από ό,τι τα δεσμικά ζεύγη. 107 ο Ανάλογη είναι και η περίπτωση του Η 2 Ο, όπου όμως τα μονήρη ΗΖ είναι δύο. 105 ο

13 Μοριακή γεωμετρία Αποκλίσειςτωνγωνιώνδεσμώναπό τις ιδανικές τιμές έχουμε και όταν τα περιφερειακά άτομα γύρω από το κεντρικό άτομο διαφέρουν σε ηλεκτραρνητικότητα. Χλωρομεθάνιο, CH 3 Cl Υπό την επίδραση ενός ισχυρά ηλεκτραρνητικού ατόμου, όπως είναι το Cl, το δεσμικό ΗΖ C Cl συστέλλεται και διεκδικεί λιγότερο χώρο, με αποτέλεσμα τα υπόλοιπα δεσμικά ΗΖ να μπορούν να απλωθούν περισσότερο. Έτσι, οι γωνίες Η C Η μεγαλώνουν, ενώ οι γωνίες Cl C Η μικραίνουν. 110 o

14 Τι είναι τα υβριδικά τροχιακά Υβριδικά τροχιακά: τα τροχιακά τα οποία χρησιμοποιούμε στην περιγραφή δεσμών και τα οποία λαμβάνουμε με συνδυασμούς ατομικών τροχιακών των μεμονωμένων ατόμων. δεσμοί C Η Άτομο C Άτομο C Άτομο C (θεμελιώδης κατάσταση) (υβριδισμένο) (στο CΗ 4 )!!! Τα υβριδικά τροχιακά είναι σε αριθμό ίσα με τα αρχικά ατομικά τροχιακά, διαφέρουν όμως από αυτά ως προς την ενέργεια, τη μορφή (συμμετρία ηλεκτρονικού νέφους) και τον προσανατολισμό.

15 Πώς προσανατολίζονται τα sp 3 υβριδικά τροχιακά στο χώρο Ένα μεμονωμένο υβριδικό τροχιακό sp 3. Από τους δύο λοβούς, στο δεσμό συμμετέχει ο μεγάλος λοβός. Ο τετραεδρικός προσανατολισμός των τεσσάρων sp 3 υβριδικών τροχιακών. (Οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια.) Οι τέσσερις δεσμοί C H στο μεθάνιο προέρχονται από επικαλύψεις s-sp 3.

16 Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακών sp, sp 2 και sp 3 στο χώρο sp sp 2 sp 3 Γραμμικός προσανατολισμός των δύο sp υβριδικών τροχιακών Επίπεδος τριγωνικός προσανατολισμός των τριών sp 2 υβριδικών τροχιακών Τετραεδρικός προσανατολισμός των τεσσάρων sp 3 υβριδικών τροχιακών Κάθε λοβός παριστάνει ένα υβριδικό τροχιακό (οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια).

17 Προσανατολισμός των υβριδικών τροχιακών sp 3 d και sp 3 d 2 στο χώρο sp 3 d sp 3 d 2 Τριγωνικός διπυραμιδικός προσανατολισμός των πέντε sp 3 d υβριδικών τροχιακών Οκταεδρικός προσανατολισμός των έξι sp 3 d 2 υβριδικών τροχιακών Κάθε λοβός παριστάνει ένα υβριδικό τροχιακό (οι μικροί λοβοί έχουν παραλειφθεί για ευκρίνεια).

18 Οι συνηθισμένοι τύποι υβριδικών τροχιακών και η αντίστοιχη γεωμετρική τους διευθέτηση (προσανατολισμός) Υβριδικά Προσανατολισμός Αριθμός τροχιακά τροχιακών τροχιακών Παράδειγμα sp Γραμμικός 2 Be στο BeF 2 sp 2 Επίπεδος τριγωνικός 3 B στο BF 3 sp 3 Τετραεδρικός 4 C στο CH 4 sp 3 d Τριγωνικός διπυραμιδικός 5 ΡστοΡF 5 sp 3 d 2 Οκταεδρικός 6 S στο SF 6!!! Αν γνωρίζουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών, βρίσκουμε τη γεωμετρική διευθέτηση (προσανατολισμό) των τροχιακών και τη μοριακή γεωμετρία. Ισχύει και το αντίστροφο: Αν γνωρίζουμε τον προσανατολισμό των τροχιακών (γεωμετρία ΗΖ), βρίσκουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών.

19 Πώς περιγράφουμε τους δεσμούς γύρω από ένα άτομο βάσει της θεωρίας VB Ακολουθούμε κατά σειρά τα εξής πέντε βήματα: 1. Γράφουμε τη δομή Lewis του μορίου. 2. Βρίσκουμε τη διευθέτηση των ηλεκτρονικών ζευγών (μοντέλο VSEPR) γύρωαπότοκεντρικόάτομο. 3. Συμπεραίνουμε τον τύπο των υβριδικών τροχιακών που χρησιμοποιεί το κεντρικό άτομο. 4. Τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σθένους του κεντρικού ατόμου, ένα σε κάθε υβριδικό τροχιακό. Αν τα ηλεκτρόνια υπερτερούν, σχηματίζουμε ΗΖ. 5. ημιουργούμε τους δεσμούς γύρω από το κεντρικό άτομο επικαλύπτοντας τα υβριδικά τροχιακά που φέρουν μονήρη ηλεκτρόνια.

20 Άσκηση 5.2 Εφαρμογή της θεωρίας VSEPR στην πρόβλεψη του υβριδισμού Χρησιμοποιήστε υβριδικά τροχιακά για να περιγράψετε τους δεσμούς στο μόριο του νερού, Η 2 Ο, σύμφωναμετηθεωρίατου δεσμού σθένους. 1. Γράφουμε τη δομή Lewis του νερού 2. Τα τέσσερα ΗΖ γύρω από το οξυγόνο υποδηλώνουν τετραεδρικό προσανατολισμό. 3. Τετραεδρικός προσανατολισμός των ΗΖ σημαίνει τύπος υβριδισμού sp 3 4. Τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια σθένους του οξυγόνου, ένα σε κάθε υβριδικό τροχιακό. Επειδή τα ηλεκτρόνια υπερτερούν, σχηματίζουμε δύο μονήρη ΗΖ. O H H

21 Άσκηση ημιουργούμε τους δύο δεσμούς Ο Η γύρωαπότοκεντρικόάτομοτου οξυγόνου. Κάθε δεσμός Ο Η σχηματίζεται από επικάλυψη ενός τροχιακού 1s από πλευράς υδρογόνου με ένα από τα ημικατειλημμένα sp 3 υβριδικά τροχιακά του οξυγόνου. 2p s sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 s 2s sp3 sp3 μονήρη ζεύγη δεσμοί O-Η Ε 1s Άτομο O (θεμελιώδης κατάσταση) 1s Άτομο O (υβριδισμένο) 1s Άτομο O (στο μόριο H 2 O)

22 Πειραματικό μέρος Βλέπε οδηγίες σχετικού φυλλαδίου

Σχετικά έγγραφα

Γιατί ο σχηματισμός του CΗ 4 δεν μπορεί να ερμηνευθεί βάσει της διεγερμένης κατάστασης του ατόμου C;

Γιατί ο σχηματισμός του CΗ 4 δεν μπορεί να ερμηνευθεί βάσει της διεγερμένης κατάστασης του ατόμου C; 1. Οι 4 ομοιοπολικοί δεσμοί στο μεθάνιο θα ήταν δύο τύπων: ένας δεσμός από την επικάλυψη του τροχιακού