Μοριακή Γεωμετρία Πολικότητα των Μορίων. Εισαγωγική Χημεία

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μοριακή Γεωμετρία Πολικότητα των Μορίων. Εισαγωγική Χημεία"

Αθορ Εκάτη Βαρουξής
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Μοριακή Γεωμετρία Πολικότητα των Μορίων Εισαγωγική Χημεία

2 Τα σχήματα των μορίων Οι δομές Lewis δίνουν πληροφορίες για την σύνδεση μεταξύ των ατόμων : Μας πληροφορούν για το ποια άτομα συνδέονται με ποια. Τα σχήματα των μορίων προσδιορίζονται από τις γωνίες των δεσμών τους. Π,χ, για τον CCl 4 : πειραματικά βρίσκεται ότι όλες οι γωνίες των δεσμών Cl-C-Cl είναι Συνεπώς, δεν είναι δυνατόν το μόριο να είναι επίπεδο. Τα άτομα του Cl βρίσκονται στι κορυφές ενός τετραέδρου στο κέντρο του οποίου βρίσκεται ένα άτομο C.

3 Τα σχήματα των μορίων

4 Molecular Shapes Τα σχήματα των μορίων Για ν προβλέψουμε το σχήμα των μορίων υποθέτουμε ότι τα ηλεκτρόνια της στιβάδας σθένους απωθούνται αμοιβαία. Αυτή η άπωση έχει ως αποτέλεσμα τα μόρια να αποκτούν τέτοια γεωμετρία (διευθέτηση στο χώρο), ώστε να ελαχιστοποιούνται οι απώσεις. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται Θεωρία της άπωσης των ηλεκτρονιακών ζευγών της στιβάδας σθένους [ Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) ]. Γι μόρια τύπου AB 2 και AB 3 υπάρχουν απλά γεωμετρικά σχήματα.

5 Σχήμα Μορίων Σύμφωνα με την θεωρία VSEPR το σχήμα των μορίων καθορίζεται από την άπωση των ζευγών ηλεκτρονίων. Ελκτικές Ομοιοπολικός δεσμός απωστικές

6 γραμμικό γωνία Επίπεδο τριγωνικό Τριγωνική πυραμίδα Σχήμα Τ

7 Molecular Shapes Τα σχήματα των μορίων Τα σχήματα ορίζονται από τον αριθμό των ατόμων σε κάθε μόριο Οι γωνίες δεσμών μεταξύ των ατόμων καθορίζονται από τον τρόπο διευθέτησης όλων των ηλεκτρονίων γύρω από το κεντρικό άτομο Πέντε είναι τα βασικά γεωμετρικά σχήματα των μορίων

8 γραμμικό Επίπεδο τριγωνικό Τετραεδρικό Τριγωνική Διπυραμίδα Οκταεδρικό

Molecular Shapes Τα σχήματα των μορίων Για να αντιληφθούμε την δομή περί το κεντρικό άτομο λαμβάνουμε υπ όψιν όλα τα ηλεκτρόνια (μονήρη και δεσμικά ζεύγη).

9 Molecular Shapes Τα σχήματα των μορίων Για να αντιληφθούμε την δομή περί το κεντρικό άτομο λαμβάνουμε υπ όψιν όλα τα ηλεκτρόνια (μονήρη και δεσμικά ζεύγη). Κατά την απόδοση του γεωμετρικού σχήματος του μορίου εστιάζουμε την προσοχή μας στις θέσεις των ατόμων. 8 δα ηλεκτρονίων Τετραεδρικό Τριγωνική πυραμίδα γωνία

10 Το μοντέλο VSEPR Για τον προσδιορισμό του σχήματος ενός μορίου ξεχωρίζουμε τα μονήρη ζεύγη (ή αλλιώς μη δεσμικά ζεύγη) από τα δεσμικά ζεύγη (τα μοιραζόμενα μεταξύ των συνδεομένων ατόμων) ηλεκτρονίων. Ορίζουμε τον χώρο της γεωμετρικής διάταξης των ηλεκτρονίων από την θέση στον τρισδιάστατο χώρο ΟΛΩΝ των ζευγών ηλεκτρονίων (δεσμικών και μη). Tα ηλεκτρόνια αποκτούν διαμόρφωση στο χώρο τέτοια ώστε να ελαχιστοποιούνται οι απώσεις e - -e -.

11 Γεωμετρική διάταξη ηλεκτρονίων αναλόγως του αριθμού των ζευγών Αριθμός ηλεκτρονιακών ζευγών Διάταξη των ηλεκτρονιακών ζευγών Γεωμετρία των ηλεκτρονιακών ζευγών Προβλεπόμενη γωνία

12 Αριθμός ηλεκτρονιακών ζευγών Διάταξη των ηλεκτρονιακών ζευγών Γεωμετρία των ηλεκτρονιακών ζευγών Προβλεπόμενη γωνία

13 Το μοντέλο VSEPR Για τον προσδιορισμό της διάταξης στο χώρο των ηλεκτρονίων: Σχεδιάζουμε την δομή Lewis, Μετρούμε τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων που περιβάλλουν το κεντρικό άτομο, Διατάσσουμε τα ζεύγη των ηλεκτρονίων σε μια από τις παραπάνω γεωμετρίες κατά τρόπο ώστε να ελαχιστοποιούνται οι απώσεις e - -e - και μετρούμε τους πολλαπλούς δεσμούς ως ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Δομή Lewis Γεωμετρική διάταξη ηλεκτρονίων (τετραεδρική) Μοριακή γεωμετρία (τριγωνική πυραμίδα)

14 Γεωμετρία ηλεκτονιακών ζευγών και Μοριακά Σχήματα για Μόρια με 2, 3 και 4 Ηλεκτρονιακά ζεύγη στο κεντρικό άτομα Αριθμός Γεωμετρία Δεσμικά Μη δεσμικά Μοριακή Παράδειγμα Ηλεκτρονιακών ηλεκτρονίων ζεύγη ζεύγη γεωμετρία ζευγών Το γραμμική γραμμική μοντέλο VSEPR Επίπεδη τριγωνική Επίπεδη τριγωνική γωνία τετραεδρική τετραεδρική Τριγωνική πυραμίδα γωνία

Το μοντέλο VSEPR Η σημασία των μη-δεσμικών ηλεκτρονίων και των πολλαπλών δεσμών στις γωνίες των δεσμών Προσδιορίζουμε την γεωμετρία των ηλεκτρονιακών ζευγών λαμβάνοντας υπ όψιν μόνο τα ηλεκτρόνια.

15 Το μοντέλο VSEPR Η σημασία των μη-δεσμικών ηλεκτρονίων και των πολλαπλών δεσμών στις γωνίες των δεσμών Προσδιορίζουμε την γεωμετρία των ηλεκτρονιακών ζευγών λαμβάνοντας υπ όψιν μόνο τα ηλεκτρόνια. Ονομάζουμε την μοριακή γεωμετρία από τις θέσεις των ατόμων. Αγνοούμε τα μονήρη ζεύγη στην μοριακή γεωμετρία. Τα άτομα τα οποία υπακούουν στον κανόνα της οκτάδας έχουν ηλεκτρόνια με τετραεδρική γεωμετρία.

16 Το μοντέλο VSEPR Πειραματικά αποτελέσματα για τον δεσμό H-X-H δείχνουν ότι η γωνία μειώνεται πηγαίνοντας από τον C στο N στο O: H H C H N O H109.5 H H H 107 O H H O O Επειδή τα δυο ηλεκτρόνια που αποτελούν ένα δεσμό έλκονται από τους δύο πυρήνες δεν απωθούνται τόσο πολύ όσο και τα μονήρη ζεύγη ηλεκτρονίων. Κατά συνέπεια οι γωνίες δεσμού μειώνονται αυξανομένου του αριθμού των μονήρων ζευγών ηλεκτρονίων.

17 Το μοντέλο VSEPR Μη-Δεσμικό ζεύγος ηλεκτρονίων Δεσμικό ζεύγος ηλεκτρονίων Πυρήνες Πυρήνας

18 Οι ηλεκτροστατικές απώσεις σε ένα άτομο σε μια ένωσή του είναι τριών ειδών: Μονήρες ζεύγος Μονήρες ζεύγος (LP-LP) Μονήρες ζεύγος δεσμικό ζεύγος(lp-bp) Δεσμικό ζεύγος δεσμικό ζεύγος (BP-BP) Τα μονήρη ζεύγη καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο σε σύγκριση με τα δεσμικά ηλεκτρονιακά ζεύγη Οι διπλοί δεσμοί καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο σε σύγκριση με τους απλούς δεσμούς

19 Το μοντέλο VSEPR Τα ηλεκτρόνια στους πολλαπλούς δεσμούς απωθούνται περισσότερο από τα ηλεκτρόνια των απλών δεσμών. Cl o Cl C O o

20 Προκειμένου να σταθεροποιηθεί ένα μόριο πρέπει να αποφευχθούν οι απώσεις. Αν δεν μπορούν να εξαλειφθούν, προτιμώνται οι ασθενέστερες απώσεις (δηλ. αυτές οι οποίες προκαλούν τις μικρότερες αποκλίσεις από τα κανονικά γεωμετρικά σχήματα). Οι απώσεις μεταξύ δύο μονήρων ζευγών (LP- LP) θεωρούνται ισχυρότερες σε σύγκριση με τις αντίστοιχες μεταξύ μονήρους και δεσμικού ζευγών (LP-BP), και αυτές πάλι είναι ισχυρότερες από τις απώσεις μεταξύ δύο δεσμικών ζευγών ηλεκτρονίων (BP-BP) LP-LP > LP-BP > BP-BP

21 Το μοντέλο VSEPR Μόρια με διευρυμένες στιβάδες σθένους Άτομα με διευρυμένη οκτάδα, έχουν AB 5 (τριγωνική διπυραμιδική) ή AB 6 (οκτεδρική) γεωμετρία ηλεκτρονιακών ζευγών Στις τριγωνικές διπυραμιδικές γεωμετρίες υπάρχει ένα επίπεδο το οποίο περιέχει τρία ζεύγη ηλεκτρονίων. Τα τέταρτο και πέμπτο ηλεκτρονιακά ζεύγη τοποθετούνται άνω και κάτω του επιπέδου αυτού. Στις οκταεδρικές δομές υπάρχει ένα επίπεδο στο οποίο περιλαμβάνονται 4 ζεύγη ηλετρονίων. Ομοίως, τα 5ο και 6ο ηλεκτρονιακά ζεύγη βρίσκονται άνω και κάτω του επιπέδου.

22 Γεωμετρία ηλεκτονιακών ζευγών και Μοριακά Σχήματα για Μόρια με 5 και 6 Ηλεκτρονιακά ζεύγη στο κεντρικό άτομα γραμμικό Αριθμός Γεωμετρία Δεσμικά Μη δεσμικά Μοριακή Παράδειγμα Ηλεκτρονιακών ηλεκτρονίων ζεύγη ζεύγη γεωμετρία ζευγών Τριγωνική διπυραμίδα Τριγωνική διπυραμίδα Ζυγός (seesaw) Σχήμα Τ

23 Επίπεδη τετραγωνική Γεωμετρία ηλεκτονιακών ζευγών και Μοριακά Σχήματα για Μόρια με 5 και 6 Ηλεκτρονιακά ζεύγη στο κεντρικό άτομα Αριθμός Γεωμετρία Δεσμικά Μη δεσμικά Μοριακή Παράδειγμα Ηλεκτρονιακών ηλεκτρονίων ζεύγη ζεύγη γεωμετρία ζευγών Οκταεδρική Οκταεδρική Τετραγωνική πυραμιδική

24 Το μοντέλο VSEPR Μόρια με διευρυμένες στιβάδες σθένους Τα μονήρη ζεύγη ηλεκτρονίων καταλαμβάνουν ισημερινές θέσεις για να ελαχιστοποιήσουν τις απώσεις e - -e -. Αξονικός δεσμός Ισημερινός δεσμός

25 Το μοντέλο VSEPR Μόρια με διευρυμένες στιβάδες σθένους

26 Το μοντέλο VSEPR Σχήματα μεγαλυτέρων μορίων Στο οξεικό οξύ, CH 3 COOH, υπάρχουν τρία κεντρικά άτομα Καθορίζεται η γεωμετρία γύρω από κάθε κεντρικό άτομο χωριστά.

27 Πολικά vs. Μη-πολικά μόρια Η πολικότητα ενός μορίου δείχνει το κατά πόσον τα ηλεκτρόνια στο μόριο αυτό είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα. Κατά τον προσδιορισμό της πολικότητας ενός μορίου, πρωτεύοντα ρόλο παίζει η συμμετρία Τα ασύμμετρα μόρια είναι κατά κανόνα πολικά. Τα συμμετρικά μόρια είναι μη-πολικά.

28 Προσδιορισμός πολικότητας μορίου : Σχεδιάζουμε την δομή Lewis (πιθανότερη) του μορίου. Από τις τιμές ηλεκτραρνητικότητας υπολογίζουμε την διαφορά ηλεκτραρνητικότητας στους δεσμούς = Μη πολικός = Πολικός

29 Το μόριο είναι μη πολικό εάν : Όλοι οι δεσμοί του μορίου είναι μη πολικοί και απουσιάζουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Όλοι οι δεσμοί στο μόριο έχουν την αυτή πολικότητα και δεν υπάρχουν στο κεντρικό άτομο του μορίου ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Δεν υπάρχει συνισταμένη διπολική ροπή (όλες οι ροπές αναιρούνται)

30 Το μόριο είναι πολικό αν: Υπάρχει καθαρή διπολική ροπή (συνισταμένη των επι μέρους διπολικών ροπών 0) Κάθε δεσμός στο μόριο είναι μη πολικός αλλά υπάρχουν ασύζευκτα ζεύγη ηλεκτρονίων στο κεντρικό άτομο. Οι δεσμοί στο μόριο έχουν διαφορετικές πολικότητες και/ή υπάρχουν ασύζευκτα ζεύγη ηλεκτρονίων στο κεντρικό άτομο

31 Διπολική ροπή Διπολική ροπή (μ) - ποσοτικό μέτρο της πολικότητας ενός δεσμού. μ = φορτίο x απόσταση = Q x r (απόσταση σε m) Μονάδες διπολικής ροπής : Debye Η διπολική ροπή ενός δεσμού είναι διανυσματικό μέγεθος έχει μέτρο και κατεύθυνση. Μοριακή διπολική ροπή= διανυσματικό άθροισμα όλων των ροπών των δεσμών

32 Διπολική ροπή Κατεύθυνση του πολικού δεσμού σε ένα μόριο. Το βέλος κατευθύνεται προς το πλέον ηλεκτραρνητικό άτομο. + H Cl -

33 Μη πολικά μόρια Οι διπολικές ροπές είναι συμμετρικές και αναιρούνται. F BF 3 B F F

34 Πολικά μόρια Οι διπολικές ροπές δεν έχουν συμμετρία και δεν αναιρούνται (συνισταμένη 0 ). Το μόριο έχει διπολική ροπή. H 2 O H O H Συνισταμένη Διπολική ροπή

35 Η πολικότητα των μορίων Εξαρτάται από: Διπολικές ροπές των επιμέρους δεσμών Μοριακό σχήμα

36 Μοριακό σχήμα και Πολικότητα των μορίων Όταν υπάρχει διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ δύο ατόμων τα οποία συνδέονται, ο δεσμός τους είναι πολωμένος. Είναι δυνατόν, ένα μόριο να περιέχει πολωμένους δεσμούς αλλά να μην είναι πολικό. Για παράδειγμα, τα δεσμικά δίπολα στο μόριο του CO 2 αλληλοαναιρούνται επειδή το CO 2 είναι γραμμικό.

37 Μοριακό σχήμα και Πολικότητα των μορίων Δίπολα δεσμών Συνολική διπολική ροπή =0

38 Μοριακό σχήμα και Πολικότητα των μορίων πολικό πολικό Μη πολικό Μη πολικό πολικό

Σχετικά έγγραφα

Μάθημα 21 ο. Το σχήμα των μορίων. Θεωρία VSEPR. Θεωρία Δεσμού Σθένους- Υβριδισμός

Μάθημα 21 ο. Το σχήμα των μορίων. Θεωρία VSEPR. Θεωρία Δεσμού Σθένους- Υβριδισμός Μάθημα 21 ο Το σχήμα των μορίων Θεωρία VSEPR Θεωρία Δεσμού Σθένους- Υβριδισμός Συμβολισμός A = Κεντρικό άτομο X = Συναρμοτής E = Μονήρες ζεύγος SN: Στερεοχημικός αριθμός Γενική και Ανόργανη Χημεία 2016-17