Геометрія молекул
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
в: re(неподіл) = rіон rостова.
Розрахунки показують, що радіуси неподільних електронних пар більші, ніж звязуючих. Внаслідок цього спостерігається зменшення координаційного числа атомної оболонки. Більший розмір неподільної електронної пари і її більш симетричне розміщення по відношенню до центрального остова приводить до зменшення валентних кутів між звязуючими електронними парами.
Неподільна електронна пара займає більше місця навколо центрального остова ніж звязуюча, тому вона відштовхує інші електронні пари енергійніше. Найбільшу взаємодію слід чекати між двома неподільними парами. Відштовхування між електронними парами зменшується в такому порядку: (НН) > (HЗ) > (ЗЗ), де Н неподільна електронна пара; З звязуюча електронна пара. Якщо на валентній оболонці атома можливі альтернативні положення одної або декількох електронних пар, то вони намагаються зайняти такі положення, де взаємодія між ними буде мінімальною. Слід чекати також, що розмір зєднуючих електронних пар залежатиме також від електронегативності лігандів, що приймають участь в хімічному звязку. Чим більша електронегативність ліганду тим менший радіус звязуючої електронної пари.
Координаційне число визначає геометричну конфігурацію молекул. Атом, який містить n електронів на валентній оболонці, утворює n або 8 n ковалентних звязків. Прагнення атома до побудови стабільної зовнішньої оболонки з 8 електронів трактується як правило октета.
Електронні пари, як було показано вище, поділяються на звязуючі, якщо вони локалізовані між двома ядрами, і незвязуючі, або неподілені, якщо вони належать одному ядру. Отже, геометрична будова молекули визначається просторовим напрямком ковалентних звязків атомів, який обумовлюється числом звязуючих і неподілених електронних пар на валентній оболонці. Якщо кожну електронну пару представити у вигляді точки, то будову молекули можна зобразити у вигляді багатогранника, який одержиться при зєднанні всіх точок прямими лініями. Можливі конфігурації молекул в залежності від координаційних звязуючих електронних пар, числа валентної оболонки та типу гібридизації атомних орбіталей приведені в таблиці .
Таблиця Комбінація електронів звязку і форма молекул
Число звязківЕлектрони звязку (типи гібридизації)Форма молекули2sp, dpлінійнаp2, ds, d2кутова3sp2, dp2, d2s1, d3трикутнаp3, d2p1тригональна піраміда4sp3, sd3тетраедрd2sp, dp3, d3pспотворений тетраедрdsp2, d2p2квадратd4тетрагональна піраміда5dsp3, d3spтригональна біпірамідаds2p2, d4s, d2p3, d4pтетрагональна пірамідаd5пентагональна пірамідаd3p2пятикутна6d2sp3октаедрd4sp, d5pтригональна призма8d4s1p3куб
Конфігурацію молекули в залежності від числа звязуючих і неподілених пар можна охарактеризувати так. Позначимо: А центральний; Х ліганд; Е неподілена пара електронів. Тоді в молекулі АХmEn, яка не містить кратних звязків, буде m + n електронних пар на валентній оболонці, з яких m звязуючі пари, а n неподілені. При цьому форма молекули буде визначатися найбільш імовірним розміщенням m + n електронних пар.
Дві електронні пари мають лінійну конфігурацію, якщо обидві пари електронів звязуючі. Наприклад,
Сl Ве Сl. (1)
3-хелектронні пари:
а) якщо вони звязуючі (молекула АХ3), то утворюють плоску форму у вигляді правильного трикутника. Наприклад, BF3
(2)
б) молекули типу АХ2Е (з пари електронів, з яких 2 звязуючі, 1 неподілена) мають кутову форму. Наприклад, SnCl2 в газовій фазі
4-електронні пари:
а) молекули типу АХ4 (всі пари звязуючі) утворюють тетраедр, наприклад, СН4:
(4)
б) молекули типу АХ3Е (є одна неподілена пара електронів) мають пірамідальну форму, наприклад, NH3:
(5)
в) молекули типу АХ2Е2 (з двома неподіленими парами) мають кутову форму, причому неподілені пари електронів направлені до вершин тетраедра, наприклад, Н2О:
(6)
5-електронні пари:
а) молекули типу АХ5 мають тригонально-біпірамідальну конфігурацію, наприклад, PCl5:
(7)
б) молекули типу АХ4Е теж мають тригонально-біпірамідальну конфігурацію, в якій місце одного атома займає неподілена пара електронів, при цьому можливі два нееквівалентні положення цієї пари: неподілена електронна пара в екваторіальній площині біпіраміди, або направлена у одну з вершин біпіраміди.
Встановлено, що неподілені пари розміщені в екваторіальній площині, тому молекули типу АХ4Е мають конфігурацію спотвореного тетраедра або дисфоноїда. Наприклад, TeCl4:
(8)
в) в молекулах типу АХ3Е2 обидві неподілені пари електронів розташовані в екваторіальній площині і молекула має Т-подібну форму. Наприклад, ClF3:
(9)
г) молекули типу АХ2Е3 мають лінійну форму, тому що всі три неподілені електронні пари розміщені в екваторіальній площині. Наприклад, ICl2:
(10)
6-електронні пари:
а) молекули типу АХ6 мають октаедричну форму. Наприклад, SF6:
(11)
б) молекули типу АХ5Е мають конфігурацію квадратної піраміди (шосту вершину октаедра займає неподілена електронна пара). Наприклад, IF5:
(12)
в) молекули типу АХ4Е2 можуть мати дві конфігурації, оскільки неподілені електронні пари можуть знаходитися одна відносно другої в цис- (тобто екваторіальному) або транс- (у вершинах октаедра) положенні:
З цих конфігурацій стійкою є та, коли електронні пари розміщені в транс-положенні, що приводить до утворення молекули плос