Реферати українською » Химия » Геометрія молекул


Реферат Геометрія молекул

>Геометрія молекул

Насьогодні запитаннягеометріїмолекули,тобто запитання пронапрям впросторіїївалентнихзв’язківможе бутирозв’язанийтеоретично у межах завданьквантовоїхімії.

Увипадку, колизовнішнівалентні атомамаютьвиділений впросторінапрямокелектронної хмари, то можнапередбачитинапрямок впросторіхімічногозв’язку, щовиникає із їхніучастю. Цетеоріянаправлених валентностей, щовитікає ізквантово-механічного методувалентнихзв’язків.Валентнийзв’язокутворюється в напрямі максимальногоперекриттяелектронниххмар.

Уприродієвеличезнакількість молекул, котрімаютьрізноманітну форму.

Колислідрозуміти подформоюмолекули?

Молекула –це системадодатньо-завершених ядер, щопевним чиномрозміщені впросторі, йелектроннахмара,утворенавнутрішніми йзовнішнімиелектронамиатомів, щовходять в складмолекули.Внутрішніелектрониатомів, що лежатиблизько до ядра, вутворенніхімічногозв’язкуміж атомамиучасті неприймають, азовнішніелектрони вмолекуліповодять собі не є це у окремих атомах.Форми молекулможуть бутирозділені втричігрупи:

1.Лінійні – двох- йбагатоатомнімолекули, ядра якірозміщені попрямій.

2.Плоскі – ядра молекулрозміщені воднійплощині.

3.Просторові –найбільшчисельніший йрізноманітнийклас.

Колислідрозуміти подгеометричноюформою молекул?

Суворокажучи, формамолекули виннавизначатисьзовнішньоюелектронноюоболонкоюмолекули. Алі ізквантовоїмеханікивідомо, щоположенняелектронів впросторі невизначене й можна говорити лише проімовірність того чиіншогоперебуванняелектронів, томувизначатигеометричну формумолекули поелектроннійоболонцінезручно, це урізнихекспериментахможевиявитисьрізною. Узв’язку ізцим подформою йрозмірамимолекулирозуміютьслідуюче: подформоюмолекулирозуміють законвзаємногорозміщеннядодатньозаряджених ядермолекули впросторі, а подрозмірами молекулрозуміютьоб’ємпростору,якийзаймають ядрамолекули. Томуосновнимигеометричними параметрами, щовизначаютьгеометричну формумолекулиє:довжинахімічнихзв’язків.

>Довжиноюхімічногозв’язкуназиваєтьсявіддаль попрямійміж ядрамиатомів, щозв’язаніміж собоюхімічнимзв’язком.Оцінитидовжинухімічногозв’язку удвохатомніймолекулі (АВ), щоутворюється засхемою А2 + У2 =2АВ, можна заформулою

деdAA йdBB –міжатомнівіддалі в молекулах А2 й У2.

>Міжатомнавіддаль, як правило,рівнасуміковалентнихрадіусіватомів, щоутворилизв’язок.Наприклад,d(SiЗ) =r>ков(З) +r>ков(Si) = = 0,771 + 1,75 =2,528. Надовжинузв’язкуміжоднотипними атомамивпливаєрозподілелектронноїгустини у молекулах.Наприклад,d(N–H) урізних молекулахрізне:

1)NH3d(N–H) =1,008; 4)HN3d(N–H) =1,02;

2)Co(NH2)2 >d(N–H) =1,036; 5)HNCSd(N–H) =1,013;

3)NH4+ >d(N–H) =1,034; 6)NHCOd(N–H) =0,99.

Зметоюврахуваннярозподілуелектронноїгустини вмолекуліШомакер йСтівенсон длярозрахункуміжатомнихвіддалейміждвома атомамизапропонували формулу


>d(A – B) =rA +rB –0,99|XA – XB|,

де Х –електронегативністьатомів А й У,

>rA,rУ –ковалентнірадіусиатомів А й У.

>Довжиназв’язкуможедатидеяківказівкивідносно порядку чикратностівз’язку. Длязв’язків атомакарбону можнанакреслитикривузалежностіміждовжиною та порядкомзв’язку (малий. ).Значеннядовжинизв’язкуможехарактеризуватикратністьхімічногозв’язку.

>Кратністьзв’язку йдовжиназв’язкузв’язаніміж собою.Встановлено, що ззростанням порядкудовжиназв’язкузменшується. Заекспериментальноюдовжиноюзв’язку можнавизначити його порядок йнавпаки.

Надовжинузв’язку взначніймірівпливає типгібридизації атома, так як при цьомузмінюється йогорадіус. Так,rЗ(>sp3) =0,77;rЗ(>sp2) =0,74;rЗ(>sp) =0,70.

>Другою,останньоюхарактеристикоюгеометричноїформи молекулєвалентні гуляй.Валентні гуляй –це гуляйміж напрямамивалентнихзв’язків, щомають одинспільний атом (малий. ).


>Набірдовжинхімічнихзв’язків й величинвалентнихкутівповністювизначаютьгеометріюбудь-якоїмолекули.

>Геометрична формамолекулизалежить відрозміщенняелектронних пар навалентнихоболонках, томуважливооцінити їхніоб’єм та числоелектронних пар, котрі можнарозмістити наданійелектроннійоболонці.Наближенаоцінкаоб’ємуелектронної паріможе бути здобуто задопомогоюмоделіжорстких лантух (малий. ):

>d =rост(А) +rост(У) +2re,

деre –радіусзв’язуючоїелектронної паріміждвома атомами,rост –радіус атома безелектронів.

Увипадкугомоядерноїмолекуливіддальміж атомамиможе бути записана як:d =2r>ков, тодіr>ков для атома:r>ков =rост +re. Зацієюформулою можнарозрахуватирадіусиелектроннихзв’язуючих длябільшостіелементів,користуючиськовалентнимирадіусами, котрівідповідаютьрозміраматомних ">остовів":re =r>ков –rост.Знаючирозміри атомного кістяку йрадіуселектронної парі, можнарозрахувати числоелектронних пар, котріможутьрозміститисьнавколо атомного остова. Це –координаційне числоелектронноїоболонки: до. год. = .Координаційне числопоказує стількизв’язуючихелектронних пар можнарозмістити навалентнійелектроннійоболонціданого атома.

У молекулахпоряд ззв’язуючимиелектронними парамиє йнеподільні.Неподільнаелектронна параперебуває подвпливом лише одного атомного остова, томуїїоб’ємбільший, ніж узв’язуючого, щознаходиться вполі двохатомнихостовів.Наближенуоцінкурозмірунеподільноїелектронної парі можнаодержати ізіоннихрадіусів:re(>неподіл) =r>іон –rостова.

>Розрахункипоказують, щорадіусинеподільнихелектронних парбільші, ніжзв’язуючих.Внаслідок цогоспостерігаєтьсязменшеннякоординаційного числаатомноїоболонки.Більшийрозмірнеподільноїелектронної парі йїї болеесиметричнерозміщення повідношенню до центрального остова приводити дозменшеннявалентнихкутівміжзв’язуючимиелектронними парами.

>Неподільнаелектронна паразаймає понадмісцянавколо центрального остова ніжзв’язуюча, тому вонвідштовхуєіншіелектронні паріенергійніше.Найбільшувзаємодіюслідчекатиміждвоманеподільними парами.Відштовхуванняміжелектронними парамизменшується в такому порядку: (>Н–Н) > (>H–З) > (>З–З), де М –неподільнаелектронна пара; З –зв’язуючаелектронна пара.Якщо навалентнійоболонці атомаможливіальтернативніположенняодної чидекількохелектронних пар, то смердотінамагаютьсязайнятитакіположення, девзаємодіяміж ними якщомінімальною.Слідчекатитакож, щорозмірз’єднуючихелектронних парзалежатиметакож віделектронегативностілігандів, щоприймають доля вхімічномузв’язку.Чимбільшаелектронегативністьліганду тімменшийрадіусзв’язуючоїелектронної парі.

>Координаційне числовизначаєгеометричнуконфігурацію молекул. Атом,якиймістить nелектронів навалентнійоболонці,утворює n чи 8 – nковалентнихзв’язків.Прагнення атома допобудовистабільноїзовнішньоїоболонки із 8електронівтрактується як правило октету.

>Електронні парі, як було б показановище,поділяються назв’язуючі,якщо смердотілокалізованіміждвома ядрами, йнезв’язуючі, чинеподілені,якщо смердоті належати одному ядру. Отже,геометричнабудовамолекуливизначаєтьсяпросторовимнапрямкомковалентнихзв’язківатомів,якийобумовлюється числомзв’язуючих йнеподіленихелектронних пар навалентнійоболонці.Якщокожнуелектронну парупредставити увигляді точки, тобудовумолекули можназобразити увиглядібагатогранника,якийодержиться приз’єднанні всіхточокпрямимилініями.Можливіконфігурації молекул взалежності відкоординаційнихзв’язуючихелектронних пар, числавалентноїоболонки та типугібридизаціїатомнихорбіталейприведені втаблиці .

>ТаблицяКомбінаціяелектронівзв’язку й форма молекул

Кількістьзв’язків >Електронизв’язку (>типигібридизації) Формамолекули
2 >sp,dp >лінійна

>p2,ds,d2

>кутова
3

>sp2,dp2,d2>s1,d3

>трикутна

>p3,d2>p1

>тригональнапіраміда
4

>sp3,sd3

>тетраедр

>d2>sp,dp3,d3>p

>спотворенийтетраедр

>dsp2,d2>p2

квадрат

>d4

>тетрагональнапіраміда
5

>dsp3,d3>sp

>тригональнабіпіраміда

>ds2>p2,d4>s,d2>p3,d4>p

>тетрагональнапіраміда

>d5

>пентагональнапіраміда

>d3>p2

>п’ятикутна
6

>d2>sp3

>октаедр

>d4>sp,d5>p

>тригональна призма
8

>d4>s1>p3

куб

>Конфігураціюмолекули взалежності від числазв’язуючих йнеподілених пар можнаохарактеризувати так.Позначимо: А –центральний; Х –ліганд; Є –неподілена параелектронів.Тоді вмолекулі АХ>mEn, Яка неміститькратнихзв’язків, якщоm + nелектронних пар навалентнійоболонці, із якіm –зв’язуючі парі, а n –неподілені. При цьому формамолекули якщовизначатисянайбільшімовірнимрозміщеннямm + nелектронних пар.

>Двіелектронні парімаютьлінійнуконфігурацію,якщообидві паріелектронівзв’язуючі.Наприклад,


>Сl –Ве –Сl. (1)

>3-хелектронні парі:

а)якщо смердотізв’язуючі (молекула АХ3), тоутворюютьплоску форму увигляді правильноготрикутника.Наприклад, BF3

 (2)

б)молекули типу АХ2Є (із паріелектронів, із які 2зв’язуючі, 1неподілена)маютькутову форму.Наприклад,SnCl2 вгазовійфазі

>4-електронні парі:

а)молекули типу АХ4 (усі парізв’язуючі)утворюютьтетраедр,наприклад, СП4:

 (4)

б)молекули типу АХ3Є (>є однанеподілена параелектронів)маютьпірамідальну форму,наприклад,NH3:

 (5)


в)молекули типу АХ2Є2 (іздвоманеподіленими парами)маютькутову форму,причомунеподілені паріелектронівнаправлені до вершинтетраедра,наприклад, М2Про:

 (6)

>5-електронні парі:

а)молекули типу АХ5 >маютьтригонально-біпірамідальнуконфігурацію,наприклад,PCl5:

 (7)

б)молекули типу АХ4Єтежмаютьтригонально-біпірамідальнуконфігурацію, вякіймісце одного атомазаймаєнеподілена параелектронів, при цьомуможливі дванееквівалентніположенняцієї парі:неподіленаелектронна пара векваторіальнійплощинібіпіраміди, чи спрямована у одну із вершинбіпіраміди.

>Встановлено, щонеподілені парірозміщені векваторіальнійплощині, томумолекули типу АХ4Ємаютьконфігураціюспотвореноготетраедра чидисфоноїда.Наприклад,TeCl4:


(8)

в) в молекулах типу АХ3Є2обидвінеподілені паріелектроніврозташовані векваторіальнійплощині й молекуламаєТ-подібну форму.Наприклад,ClF3:

 (9)

р)молекули типу АХ2Є3маютьлінійну форму, бо усі тринеподіленіелектронні парірозміщені векваторіальнійплощині.Наприклад,ICl2:

 (10)

>6-електронні парі:

а)молекули типу АХ6маютьоктаедричну форму.Наприклад,SF6:


 (11)

б)молекули типу АХ5Ємаютьконфігураціюквадратноїпіраміди (>шосту вершинуоктаедразаймаєнеподіленаелектронна пара).Наприклад,IF5:

 (12)

в)молекули типу АХ4Є2можуть матірдвіконфігурації,оскількинеподіленіелектронні паріможутьзнаходитися однавідноснодругої вцис- (>тобтоекваторіальному) чи транс- (у вершинахоктаедра)положенні:

Зцихконфігураційстійкоює та, колиелектронні парірозміщені втранс-положенні, що приводити доутвореннямолекулиплоскоїформи: плоского квадрата


 (13)

р)молекули типу АХ3Є3невідомі, але й їхнього структуру можнапередбачити

>Такугеометричну формумаютьмолекули ізодинарнимизв’язками, щомають назовнішнійвалентнійоболонці від 2 до 6електронних пар. Тутгеометріямолекулиповністювизначаласяпереважаючоюконфігурацієюелектронних пар навалентнійоболонці центрального атома. При цьомупобічнівзаємодії неприймалися доуваги.

Утаблиці приведеногеометрична форма молекул типу АХ>mEn ізодинарнимихімічнимизв’язками взалежності від числазв’язуючих йнеподіленихелектронних пар.

>ТаблицяГеометрична форма молекул взалежності від числазв’язуючих танеподіленихелектронних пар

Формуласполуки >Повне числоелектронних пар Кількістьнеподіленихелектронних пар >Конфігураціямолекули >Описмолекули

АХ2

2 >Лінійна

>BeCl2

АХ3

3 Плоськийтрикутник

BF3

АХ2Є

3 1 Кутова

>SnCl2

АХ4

4 >Тетраедр

>CH4

АХ3Є

4 1 >Спотворенийтетраедр

Доодної із вершинтетраедра спрямована однанеподіленаелектронна пара,NH3

АХ2Є2

4 2 >Тетраедр

До двох вершинтетраедранаправленідвінеподіленіелектронні парі, М2Про

АХ5

5 >Тригональнабіпіраміда

>PF5

АХ4Є

5 1 >Спотворенийтетраедр,неподілtнаелектронна пара спрямована уекваторіальнуплощину доодної із вершинтрикутника

>TeCl4

АХ3Є2

5 2 >Тригональнабіпіраміда, де дваекваторіальніположеннязайнятідвоманеподіленими парами (>Т-форма)

>ClF3

АХ2Є3

5 3 >Лінійна формамолекули

[>ICl2]

АХ6

6 >Октаедр

>SF6

АХ5Є

6 1 Однанеподіленаелектрон-на паразаймає вершинуоктаедра (>тетрагональнапіраміда)

>IF5

АХ4Є2

6 2 >Правильний квадрат

[>ICl4]

АХ7

7 >Пентагональнабіпіраміда, кутрівний 72°

>IF7

АХ6Є

7 1 >Неподіленаелектронна парарозхміщується уекваторіальнійплощині неправильногооктаедра

[>SbBr6]3


>Геометрична форма молекул ізкратнимизв’язками.

>Конфігурація молекул, котрімістятькратнізв’язки, можнаописатианалогічним методом.Існуєзагальне правило, згідноякогодвіорбіталірозміщуютьсялінійно, три – вформі правильноготрикутника,чотири –тетраедрично.

Тому можнаочікувати, щодвіорбіталіподвійнихзв’язківнавколо атома З умолекулі ЗІ2 >утворятьлінійну систему, й молекула ЗІ2 якщолінійною.

>Комбінація одинарного йпотрійногозв’язківтакожприводять долінійноїконфігураціїмолекули:Н–С N;H–CC–H.

Дваодинарних й одинподвійнийзв’язок (3орбіталі)даютьтрикутнуконфігурацію: дваодинарні й одинподвійнийзв’язок атома З умолекулі З2М4розміщені вплощині ізвалентнимикутами 120°.

>Відомо, щоподвійнийзв’язокмістить один- й один-зв’язок, апотрійний – один- й два-зв’язки.Степіньперекриттяорбіталей у-зв’язку, як правило, менше ніж у-зв’язку, й тому-зв’язкислабші й болеереакційноздатні.S-орбіталівнаслідоксвоєїкульовоїсиметріїнездатні доутворення-зв’язків. Томустереохімія атома впростіймолекулівизначається лише-зв’язуючими парами йнеподіленими парамиелектронів, тоді як-зв’язки невиявляютьвпливу ( впершомунаближенні) на гуляйміжзв’язками (>однак-зв’язкивпливають надовжину йенергіюзв’язку. Утаблиціприведенігеометричніконфігураціїдеяких молекул йіонів ізкратнимизв’язками.

УмолекуліSOF4оксигенузаймаєекваторіальнеположення; віоні [>IO2F2] дваатомифторузаймаютьполярніположення, аатомиоксигену – два зтрьохекваторіальнихположеннятригональноїбіпіраміди.

>Нелокалізований-зв’язок. МетодВЗвиходить ізположення, щохімічнийзв’язокміж атомами вмолекулілокалізований,тобто параналежитьдвом атомам.Протеіноді,виходячи ізвластивостейбагатоатомних молекул,допускають що приутворенніхімічногозв’язкуелектронні паріможутьрозміщувалисьміжкількома атомами.Такізв’язкиназиваютьсянелокалізованими.Прикладами такихіонівє ЗІ3 й NO3.

>ТаблицяГеометрична формадеяких молекул йіонів ізкратнимизв’язками

>Повне числоЕлектронних пар Кількістьнеподілених пар
0 1 2
2

>Лінійна,наприклад

HCN

3

Плоськийтрикутник, [NO3]

Кутова (120°)NOCl
4

>Тетраедр [>SO4]2–

>Піраміда,IO3]

Кутова (109,5°) [>ClO2]

5

>Тригональнабіпіра-міда, [>SOF4]

>Неправильнийтетраедр, [>IO2F2]

6

>Октаедр, [>IO6]–5

>Будоваіону ЗІ32– можна згідно методуВЗпредставитиодною з схем:

Уцих схемахзв’язокС–Онерівноцінний,оскільки атом З із одним атомомоксигенузв’язанийподвійнимзв’язком, а іздвомаіншимиодинарним (а).Експериментальновстановлено, що усізв’язки у ЗІ32–рівноцінні йіонмає форму плоскоготрикутника ізкутом 120°.Такий кутвздовжsp2 –гібридизація атома З. Цеозначає, що атомвуглецю зарахунокsp2гібриднихорбіталейутворює три-зв’язки, ачетвертийутворює-зв’язок.Щобзв’язки булирівноцінними,тебадопуститиделокалізацію-зв’язку (>-електронорбіталі)міжусіма атомамикисню (б).Розмірковуючианалогічним чином, можнапоказати, що [NO3]внаслідокделокалізаціїзарядів й-зв’язку усі триатомиоксигенурівноцінні:

УмолекуліHNO3 один ззв’язківN–Oодинарний, а через дваіншіблизькі доподвійних:


Схожі реферати:

Навігація