Sterische Zahl

Im heutigen Beitrag werden wir die VSEPR-Theorie diskutieren, die uns hilft, die Geometrie von Molekülen zu verstehen. Erstens, wofür steht VSEPR? Es ist die Valenz Shell Elektronenpaar Abstoßungstheorie. Beachten Sie das hervorgehobene Wort „Abstoßung“.

Es ist das Schlüsselwort und alles, was Sie brauchen, um dieses Konzept zu verstehen, ist die Idee, dass Atome aufgrund der Abstoßung zwischen den Elektronen so weit wie möglich voneinander entfernt bleiben wollen.

Lassen Sie uns anhand dieser Modellbeispiele veranschaulichen, wie dies funktioniert., Die rote Kugel repräsentiert das zentrale Atom und die blauen sind damit verbunden:

Beachten Sie, dass sich die blauen Atome gegenseitig abstoßen, schlagen Sie eine optimale Geometrie für sie vor. Eine Orientierung, die sie so weit wie möglich mit dem gleichen Winkel zwischen allen setzt.,

In diesem Fall ermöglicht das Setzen bei 180o die optimale Geometrie:

Wenn sich drei Atome um die Zentraleinheit befinden, beträgt der optimale Winkel 120o:

Was denken Sie, wenn vier Atome mit dem Zentrum verbunden sind?

Wenn Sie noch nie von der Tetraedergeometrie gehört haben und dachten, es sei 90o, das ist in Ordnung, das haben wir alle, als wir zum ersten Mal in dieses Thema eingeführt wurden., Die Tetraedergeometrie ist jedoch eine bessere Ausrichtung, da der Winkel zwischen den Gruppen 109,5 o beträgt:

Jede dieser Geometrien, die wir besprochen haben, hat einen Namen:

Es können mehr als vier Atome vorhanden sein, dies ist jedoch nie der Fall für den Kohlenstoff, und deshalb werden wir diejenigen, da dieser Beitrag in Richtung organische Chemie tailed.

Kommen wir nun zu einer Terminologie. In der obigen Modelldemonstration haben wir gesagt, dass die blauen Kugeln Atome darstellen., In tatsächlichen Molekülen können sie jedoch Atome oder einzelne Elektronenpaare sein. Zum Beispiel können wir in der Lewis-Struktur von Wasser sehen, dass es zwei Atome und zwei einsame Elektronenpaare hat.

Dies setzt voraus, dass sie bereits wissen, die Lewis strukturen, so dass, wenn sie nicht überprüfen, dieser artikel.,

Insgesamt gibt es vier Einheiten um den Sauerstoff im Wasser:

Die Summe der Anzahl der Atome und Einzelpaare wird als Sterische Zahl (SN) bezeichnet:

Möglicherweise haben Sie eine andere Formel für die sterische Zahl, die die Anzahl der Bindungen beinhaltet. Wenn Sie diese Formel verwenden, müssen Sie sich jedoch keine Gedanken über die Arten von Anleihen machen. Ob es sich um eine Einzel -, Doppel-oder Dreifachbindung handelt, es handelt sich um Atome + einsame Paare für jeden Bindungstyp.,

Beachten Sie, dass die letzten beiden Moleküle die gleiche sterische Zahl (4), aber eine andere Anzahl von Atomen und einsamen Paaren haben. Deshalb müssen wir die Elektronen-und Molekulargeometrien identifizieren.

Für die Elektronengeometrie behandeln wir Atome und Elektronen gleichermaßen. Die letzten beiden Moleküle in den obigen Beispielen (CH4 und NH3) sind beide Tetraeder.,

SN (C) = 4 Atome + 0 Einzelpaare = 4

SN (N) = 3 Atome + 1 Einzelpaare = 4

Dies entspricht einer tetraedrischen Elektronengeometrie:

Ihre molekularen Geometrien sind jedoch unterschiedlich. Für Methan (CH4) ist es tetraedrisch und für Ammoniak (NH3) trigonalpyramidal., Das einsame Paar auf dem Stickstoff ist wichtig und wenn es nicht da wäre, hätten wir ein hypothetisches Molekül mit einer flachen/planaren Geometrie:

Warum ignorieren wir das einsame Paar, um die molekulare Geometrie zu benennen? Eine Möglichkeit, es zu betrachten, ist die Tatsache, dass Elektronen unendlich kleiner und leichter sind als Kerne, und wenn wir auf moderne Mikroskope schauen, sehen wir sie nicht.,

Verwenden Sie diese Tabelle, um die Elektronen-und Molekülgeometrie für alle Kombinationen von Atomen und einsamen Paaren zu bestimmen:

Als nächstes finden Sie eine Anleitung der in der Tabelle gezeigten Beispiele nach diesen Schritten:

1. Zeichnen Sie die Lewis-Struktur für das Molekül.

2. Anzahl der Atome und einzelne Elektronenpaare auf dem Zentralatom zählen (sterische Zahl)

3. Ordnen Sie sie so an, dass die Abstoßung minimiert wird (so weit wie möglich entfernt).

4., Bestimmen Sie den Namen der Elektronen-und Molekulargeometrie.

A) BeCl2

1) Hier ist die Lewis-Struktur:

2) S. N. (Sein) = 2 Atome + 0 Elektronenpaare = 2. Dies fällt in die erste Kategorie in der Tabelle und ist ein AX2-Typ.

3) Setzen Sie die Chloride auf 180o

4) Dies gilt sowohl für die Elektronen-als auch für die Molekulargeometrie, da die Be keine einsamen Paare hat.

B) BH3

1) Hier ist die Lewis-Struktur:

2) Die Sterische Reihe von Bor S. N., (B) = 3 Atome + 0 Einzelpaare = 3. Dies fällt in die zweite Kategorie und AX3 Typ.

3) Die Boren müssen bei 120o sein, um die Abstoßung zu minimieren:

4) Diese Anordnung wird als trigonaler Planar bezeichnet. Alle Atome befinden sich auf derselben Ebene.

C) CH2NH

1) Lewis-Struktur:

2) S. N (N) = 2 Atome + 1 lone pair = 3. Dies fällt in die zweite Kategorie und AX2E Typ.,

3) Die Atome und Elektronen um den Stickstoff herum befinden sich bei etwa 120o

4) Und dies wird als gebogene Geometrie bezeichnet, da das Molekül gebogen aussieht, wenn wir die einsamen Paare ignorieren:

Hier ist die Tatsache hervorzuheben, dass die einsamen Paare eine stärkere Abstoßung haben als Atome. Daher stimmen die erwarteten Winkel nicht immer zu 100% mit dem überein, was sie tatsächlich sind:

Wir werden dies erreichen, wenn wir die H2O und NH3 erneut diskutieren.

D) CH4

1) Lewis-Struktur:

2) S. N., (C) = 4 Atome + 0 Einzelpaare = 4. Dies ist ein AX4-Typ.

3) Der Atome 109.5 o

4) Und ist der Tetraeder, der Elektronen-und molekularer geometrie.

E) NH3

1) Lewis-Struktur:

2) S. N. (N) = 3 Atome + 1 lone pair = 4 und es ist eine AX3E-Typ in der Tabelle.

3) Die Atome am einsamen Paar werden voraussichtlich bei 109 liegen.,5o, da jedoch die Abscheu vor dem einsamen Paar stärker ist, beträgt der Winkel zwischen den Hydrogenen etwa 107o:

4) Dies wird als trigonale Pyramidengeometrie bezeichnet.

F) H2O

1) Lewis-Struktur:

2) S. N., (O) = 2 Atome + 2 lone pairs = 4. Dies ist unter dem AX2E2-Typ in der Tabelle.

3) Die Atome am einsamen Paar werden voraussichtlich bei 109,5 o liegen, da jedoch die Abscheu vor dem einsamen Paar stärker ist, beträgt der Winkel zwischen den Hydrogenen etwa 104.,5o:

4) Dies nennt man eine gebogene geometrie.

Beachten Sie, dass die Winkel in Wasser und Molekül C (CH2NH) unterschiedlich sind, auch wenn sie beide gebogen sind. Und der Grund ist, dass, denken Sie daran, der Winkel basierend auf der Elektronengeometrie definiert wird. Abhängig davon kann der Winkel variieren.

VSEPR und Geometrie organischer Moleküle

Für kleinere Moleküle haben wir ein zentrales Atom, auf dessen Grundlage wir die molekulare Geometrie bestimmen. Wenn Sie jedoch mit größeren organischen Molekülen arbeiten, ist es möglicherweise nicht genau zu sagen, dass dieses Molekül tetraedrisch oder trigonal planar usw. ist.,

Zum Beispiel gibt es in diesem Molekül kein zentrales Atom:

Und die Geometrie wird für jedes interessierende Atom bestimmt. Machen wir es für die nummerierten Atome:

Sauerstoff 1 ist mit einem Atom verbunden und hat zwei einsame Paare, die es zu SN = 3 machen. Seine Elektronengeometrie ist trigonal planar, aber es hat eine lineare Molekulargeometrie.

Kohlenstoff 2 hat drei Atome und keine einsamen Paare, was sterische Nummer 3 ist., Daher sind seine Elektronen-und Molekulargeometrien trigonal planar:

Sauerstoff 3 ist mit zwei Atomen verbunden und hat zwei einsame Paare und genau wie in Wasser, S. N. (O) = 2 Atome + 2 einsame Paare = 4. Daher hat es eine tetraedrische Elektronengeometrie und eine gebogene Molekulargeometrie: