Numero sterico

Nel post di oggi, discuteremo la teoria VSEPR che ci aiuta a capire la geometria delle molecole. Innanzitutto, cosa significa VSEPR? È la teoria della repulsione della coppia di elettroni del guscio di valenza. Si noti la parola evidenziata ‘Repulsione’.

È la parola chiave e tutto ciò che serve per afferrare questo concetto è tenere a mente l’idea che gli atomi vogliono rimanere il più lontani l’uno dall’altro possibile a causa della repulsione tra gli elettroni su di loro.

Usiamo questi esempi di modello per illustrare come funziona., La sfera rossa rappresenta l’atomo centrale e quelli blu sono collegati ad esso:

Tenendo presente che gli atomi blu si respingono a vicenda, proporre una geometria ottimale per loro. Un orientamento che li mette il più lontano possibile con lo stesso angolo tra tutti.,

In questo caso, mettendoli di fronte a 180o permette di raggiungere la geometria ottimale:

Quando ci sono tre atomi intorno all’unità centrale, l’ottimale angolo di 120°:

che Cosa pensi che sia quando ci sono quattro atomi collegato con il centro?

Se non hai mai sentito parlare della geometria tetraedrica e hai pensato che fosse 90o, va bene, lo abbiamo fatto tutti quando abbiamo introdotto per la prima volta questo argomento., Tuttavia, la geometria tetraedrica è un migliore allineamento, poiché l’angolo tra i gruppi, è 109.5 o:

Ognuna di queste geometrie che abbiamo discusso ha un nome:

non Ci può essere più di quattro atomi, tuttavia, non è mai il caso per il carbonio, che è il motivo per cui non possiamo arrivare a quelle da questo post e ‘ dalla coda verso la chimica organica.

Ora, passiamo ad alcune terminologie. Nella dimostrazione del modello sopra, abbiamo detto che le sfere blu rappresentano gli atomi., Tuttavia, nelle molecole reali, possono essere atomi o coppie solitarie di elettroni. Ad esempio, nella struttura di Lewis dell’acqua, possiamo vedere che ha due atomi e due coppie solitarie di elettroni.

Questo presuppone che tu conosca già le strutture di Lewis, quindi se non controlli, questo articolo.,

In totale, ci sono quattro unità di tutto l’ossigeno in acqua:

La somma del numero di atomi e lone pairs è chiamato Numero Sterico (SN):

Si potrebbe avere una diversa formula per il numero sterico che coinvolge il numero di legami. Tuttavia, se si utilizza questa formula, non è necessario preoccuparsi dei tipi di obbligazioni. Che si tratti di un legame singolo, doppio o triplo, si tratta di atomi + coppie solitarie per qualsiasi tipo di legame.,

Si noti che le ultime due molecole hanno lo stesso numero sterico (4) ma un diverso numero di atomi e coppie solitarie. Questo è il motivo per cui abbiamo bisogno di identificare le geometrie elettroniche e molecolari.

Per la Geometria degli elettroni, trattiamo gli atomi e gli elettroni allo stesso modo. Le ultime due molecole negli esempi precedenti (CH4 e NH3) sono entrambe tetraedriche.,

SN (C) = 4 atomi + 0 lone pairs = 4

SN (N) = 3 atomi + 1 lone pair = 4

Questo corrisponde a un tetraedrico di elettroni geometria:

Tuttavia, il loro molecolare geometrie sono diverse. Per il metano (CH4), è tetraedrico e per l’ammoniaca (NH3), è piramidale trigonale., La coppia solitaria sull’azoto è importante e se non ci fosse, avremmo una molecola ipotetica con una geometria piatta / planare:

Perché ignoriamo la coppia solitaria per nominare la geometria molecolare? Un modo per osservarlo è il fatto che gli elettroni sono infinitamente più piccoli e leggeri dei nuclei e quando guardiamo i microscopi moderni, non li vediamo.,

Utilizzare questa tabella per determinare la geometria elettronica e molecolare, per tutte le combinazioni di atomi e coppie solitarie:

Segue una procedura dettagliata degli esempi mostrati nella tabella seguendo questi passaggi:

1. Disegna la struttura di Lewis per la molecola.

2. Contare il numero di atomi e coppie solitarie di elettroni sull’atomo centrale (numero sterico)

3. Disporli nel modo in cui riduce al minimo la repulsione (il più lontano possibile).

4., Determina il nome dell’elettrone e della geometria molecolare.

A) BeCl2

1) Ecco la struttura di Lewis:

2) S. N. (Be) = 2 atomi + 0 coppie solitarie = 2. Questo rientra nella prima categoria nella tabella ed è un tipo AX2.

3) Metti i clorini a 180o

4) Questo è liner sia per la geometria elettronica che molecolare poiché il Be non ha coppie solitarie.

B) BH3

1) Ecco la struttura di Lewis:

2) Il numero sterico di boro è S. N., (B) = 3 atomi + 0 coppie solitarie = 3. Questo rientra nella seconda categoria e nel tipo AX3.

3) I boroni devono essere a 120o per minimizzare la repulsione:

4) Questa disposizione è chiamata planare trigonale. Tutti gli atomi sono sullo stesso piano.

C) CH2NH

1) Struttura di Lewis:

2) S. N (N) = 2 atomi + 1 coppia solitaria = 3. Questo rientra nella seconda categoria e tipo AX2E.,

3) Gli atomi e gli elettroni intorno all’azoto sono a circa 120 °

4) E questo è chiamato un piegato la geometria, come la molecola sembra piegata se ignoriamo il lone pairs:

Una cosa da sottolineare è il fatto che il lone pairs sono più forte repulsione di atomi. Pertanto, gli angoli previsti non sono sempre al 100% in accordo con ciò che sono effettivamente:

Arriveremo a questo quando discuteremo di nuovo H2O e NH3.

D) CH4

1) Struttura di Lewis:

2) S. N., (C) = 4 atomi + 0 coppie solitarie = 4. Questo è un tipo AX4.

3) Gli atomi sono a 109,5 o

4) Ed è tetraedrico per la geometria elettronica e molecolare.

E) NH3

1) Struttura di Lewis:

2) S. N. (N) = 3 atomi + 1 coppia solitaria = 4 ed è un tipo AX3E nella tabella.

3) Gli atomi della coppia solitaria dovrebbero essere a 109.,5o, tuttavia, poiché la repulsione dalla coppia solitaria è più forte, l’angolo tra gli idrogeni è di circa 107o:

4) Questa è chiamata geometria piramidale trigonale.

F) H2O

1) Struttura di Lewis:

2) S. N. (O) = 2 atomi + 2 coppie solitarie = 4. Questo è sotto il tipo AX2E2 nella tabella.

3) Gli atomi della coppia solitaria dovrebbero essere a 109,5 o, tuttavia, poiché la repulsione della coppia solitaria è più forte, l’angolo tra gli idrogeni è di circa 104.,5o:

4) Questo chiamato una geometria piegata.

Si noti che gli angoli in acqua e molecola C (CH2NH) sono diversi anche se sono entrambi piegati. E la ragione è che, ricorda, l’angolo è definito in base alla geometria dell’elettrone. A seconda di ciò, l’angolo può variare.

VSEPR e geometria delle molecole Organiche

Per molecole più piccole, abbiamo un atomo centrale in base al quale determiniamo la geometria molecolare. Tuttavia, quando si lavora con molecole organiche più grandi, potrebbe non essere accurato dire che questa molecola è tetraedrica o trigonale planare, ecc.,

Ad esempio, non c’è un atomo centrale in questa molecola:

E la geometria è determinata per ogni atomo di interesse. Facciamolo per gli atomi numerati:

L’ossigeno 1 è collegato a un atomo e ha due coppie solitarie che lo rendono SN = 3. La sua geometria elettronica è planare trigonale, ma ha una geometria molecolare lineare.

Il carbonio 2 ha tre atomi e nessuna coppia solitaria, che è il numero sterico 3., Pertanto, le sue geometrie elettroniche e molecolari sono trigonali planari:

L’ossigeno 3 è collegato a due atomi e ha due coppie solitarie e proprio come nell’acqua, S. N. (O) = 2 atomi + 2 coppie solitarie = 4. Pertanto, ha una geometria elettronica tetraedrica e una geometria molecolare piegata: