Upload
others
View
16
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Κεφάλαιο
10Μοριακή
Γεωμετρία
και
θεωρία
του
Χημικού
Δεσμού
ΜοριακήΜοριακή
γεωμετρίαγεωμετρία
είναιείναι
τοτο
γενικόγενικό
σχήμασχήμα
ενόςενός
μορίουμορίου, , όπωςόπως
αυτόαυτό καθορίζεταικαθορίζεται
απόαπό
τιςτις
σχετικέςσχετικές
θέσειςθέσεις
τωντων
ατομικώνατομικών
πυρήνωνπυρήνων
μοντελο VSEPR valence shell
electron
pair
repulsion
Το
μοντέλο
VSERPVSERP
προβλέπει
τα
σχήματα
μορίων
και ιόντων
θεωρώντας
ότι
τα
ηλεκτρονικά
ζεύγη
των
φλοιών
σθένους
διευθετούνται
γύρω
από
κάθε
άτομο έτσι
ώστε
τα
ηλεκτρονικά
ζεύγη
να
παραμένουν
όσο
γίνεται
μακρύτερα
το
ένα
από
το
άλλο προκειμένου
να
ελαχιστοποιούνται
οι
ηλεκτρονικές
απώσεις
όταν
προσδιορίζουμε
πειραματικά
την
γεωμετρία
ενός μορίου, στην
πράξη
εντοπίζουμε
τις
θέσεις
των
ατόμων
και
όχι
τα
ηλεκτρονικά
ζεύγη
Για
να
προβλέψουμε
την
γεωμετρία
βάσει
της
VSERP παρατηρούμε
πρώτα
την
διευθέτηση
των
ηλεκτρονικών
ζευγών
του
φλοιού
σθένους
γύρω
από το
κεντρικό
άτομο.
Μερικά
από
αυτά
τα
ηλεκτρονικά
ζεύγη
είναι
δεσμικά και
μερικά
είναι
μονήρη
ζεύγη
ΟΟ
προσανατολισμόςπροσανατολισμός
τωντων
δεσμικώνδεσμικών
ηλεκτρονικώνηλεκτρονικών ζευγώνζευγών
στοστο
χώροχώρο
μαςμας
δίνειδίνει
τηντην
μοριακήμοριακή
γεωμετρίαγεωμετρία
κεντρικό
άτομο
με
2, 3, ή
4 ηλεκτρονικά
ζεύγη
ΒήματαΒήματα
γιαγια
τηντην
πρόβλεψηπρόβλεψη
τηςτης
μοριακήςμοριακής
γεωμετρίαςγεωμετρίας
απόαπό τοτο
μοντέλομοντέλο
VSERP VSERP ενόςενός
μορίουμορίου
ήή
ιόντοςιόντος
ΑΧΑΧn (n (ΤαΤα
ΧΧ
δενδεν
χρειάζεταιχρειάζεται
νανα
είναιείναι
όλαόλα
τατα
ίδιαίδια))
από
τον
τύπο
Lewis βρίσκουμε
τον
αριθμό
των μονήρων
ηλεκτρονίων
γύρω
από
το
κεντρικό
άτομο
Διευθετούμε
τα
ηλεκτρονικά
ζεύγη
Οδηγούμαστε
στη
μοριακή
γεωμετρία
από
τις κατευθύνσεις
των
δεσμικών
ζευγών
Γωνίες
δεσμών
και η
επίδραση
των
μονήρων
ηλεκτρονίων
PF3
= 96o
ΟιΟι
αποκλίσειςαποκλίσεις
τωντων
γωνιώνγωνιών
δεσμώνδεσμών
απόαπό
τιςτις
ιδανικέςιδανικές
τιμέςτιμές είναιείναι
συχνάσυχνά
προβλέψιμεςπροβλέψιμες
Ενα
μονήρες
ζεύγος
ηλεκτρονίων
απαιτεί
περισσότερο χώρο
από
ένα
δεσμικό
ζεύγος
(μονήρες
έλκεται
από
ένα
πυρήνα, ένα
δεσμικό
ζεύγος
από
δύο)
Οι
πολλαπλοί
δεσμοί
διεκδικούν
περισσότερο
χώρο από
ό,τι
οι
απλοί
δεσμοί
λόγω
του
μεγαλύτερου
αριθμού
ηλεκτρονίων
κεντρικό
άτομο
με5, ή
6 ηλεκτρονικά
ζεύγη
αξονικές κατευθύνσεις
ισημερινές κατευθύνσεις
διπολικη
ροπη
και
μοριακη
γεωμετρια
Το
μοντέλο
VSEPR παρέχει
έναν
απλό
τρόπο
για
την πρόβλεψη
της
γεωμετρίας
ενός
μορίου.
... οι
προβλέψεις
πρέπει
να
επαληθεύονται
από
το πείραμα...
μια
πειραματική
ποσότητα
που
ονομάζεται
διπολικήδιπολική ροπήροπή
βοηθά
στην
εύρεση
της
γεωμετρίας...
Η
διπολική
ροπή
είνα
ένα
μέγεθος
που
μετρά ποσοτικά
τον
διαχωρισμό
φορτίων
σε
ένα
μόριο
διπολικη
ροπη
και
μοριακη
γεωμετρια
αν
τα
μερικά
φορτία
+δ και -δ
απέχουν
μεταξύ
τους απόσταση
d, τότε
η
διπολική
ροπή
ισούται
με
δδdd
μετρούνται
σε
debye (D)στο
σύστημα
SI η
μονάδα
διπολικής
ροπής
είναι
το
coulomp-meter (C.m) και
ισχύει
1D=3,34x101D=3,34x10--3030C.mC.m
επειδή
τα
δίπολα
των
δύο
δεσμών
άνθρακα-οξυγόνου είναι
ίσα
αλλά
έχουν
αντίθετη
κατεύθυνση, δίνουν
καθαρή
διπολική
ροπή
για
το
μόριο, ίση
με
μηδένμηδέν
σε
σύγκριση...
διπολική
ροπή
= 1,94 D
θεωριαθεωρια
τουτου
δεσμούδεσμού
σθένουςσθένους
το
μοντέλο
VSEPRVSEPR
είναι
συνήθως
μια
ικανοποιητική μέθοδος
για
να
προβλέψουμε
μοριακές
δομές
θα
εξετάσουμε
ποιοτικά
τις
βασικές
ιδέες
που περιλαμβάνονται
στη
θεωρία
του
σθένους
δεσμού
μιαςμιας
προσεγγιστικήςπροσεγγιστικής
θεωρίαςθεωρίας
πουπου
ερμηνεύειερμηνεύει
τοντον δεσμόδεσμό
ηλεκτρονικούηλεκτρονικού
ζεύγουςζεύγους
ήή
ομοιοπολικόομοιοπολικό
δεσμόδεσμό
μεμε
αρχέςαρχές
τηςτης
κβαντομηχανικήςκβαντομηχανικής
θεωριαθεωρια
τουτου
δεσμούδεσμού
σθένουςσθένους
βασικήβασική
θεωρίαθεωρία -
ένα
τροχιακό
σθένους
ενός
ατόμου
συγχωνεύεται
εν
μέρει
με
ένα
τροχιακό
σθένους
άλλου
ατόμου
(τα τροχιακά
επικαλύπτονται)
-
ο
συνολικός
αριθμός
ηλεκτρονίων
στα
τροχιακά
δεν υπερβαίνει
τα
δύο
ΗΗ
ισχύςισχύς
τουτου
δημιουργούμενουδημιουργούμενου
δεσμούδεσμού
εξαρτάταιεξαρτάται
απόαπό τηντην
έκτασηέκταση
τηςτης
επικάλυψηςεπικάλυψης, , όχιόχι
πάνωπάνω
απόαπό
2 2
ηλεκτρόνιαηλεκτρόνια
καικαι
αυτάαυτά
μεμε
αντίθετοαντίθετο
spinspin
θεωριαθεωρια
τουτου
δεσμούδεσμού
σθένουςσθένους
πχπχ
σχηματισμόςσχηματισμός
ΗΗ22
απόαπό
άτομαάτομα
ΗΗ
... εξήγηση
γιατί
2 άτομα
He δεν
σχηματίζουν
δεσμό
Υβρικά
τροχιακά
το
χλώριο
το
οξυγόνο
ο
άνθρακας CH2 CH4
...
απ’όσα
αναφέρθηκαν
μέχρι
τώρα
θα
περιμέναμε
ο
αριθμός
των
δεσμών
που
σχηματίζει
ένα
δεδομένο
άτομο
να
είναι
ίσος
με
τον
αριθμό
των
ασύζευκτων
ηλεκτρονίων
σθένους
... στην
πραγματικότητα
ο
άνθρακας
σχηματίζει συνήθως
τέσσερεις
δεσμούς
... εξήγησηεξήγηση:
ΥβριδικάΥβριδικά
τροχιακάτροχιακά
είναι
τροχιακά
τα
οποία
χρησιμοποιούμε
στην περιγραφή
δεσμών
και
τα
οποία
λαμβάνουμε
με
συνδυασμούς
ατομικών
τροχιακών
των
μεμονομένων ατόμων
CHCH44, ,
έχουμεέχουμε
έναένα
s s καικαι
τρίατρία
p p άραάρα
spsp33 υβριδιμόυβριδιμό
ο
αριθμός
των
υβριδικών
τροχιακώνείναι
πάντοτε
ίσος
με
τον
αριθμό
των
ατομικών
τροχιακών
που
χρησιμοποιούνται
παρατήρηση: οι
γεωμετρικές
διευθετήσεις
υβρικών
τροχιακών
είναι
οι
ίδιες
με
αυτές
των
ηλεκτρονικών
ζευγών
που
προβλέπει
το
μοντέλο
VSEPR
από
τα
τρία
pp τροχιακά
μόνο
τα
δύο
χρησιμοποιούνται
για
τον
spsp22 υβριδισμό
... το
ανυβριδοποίητο
p p τροχιακό
είναι
κάθετο
στο
επίπεδο των
sspp22 υβριδισμένων
τροχιακών
... ομοίως
για
spsp υβριδισμό, τα
δύο
ανυβριδοποίητα
p p είναι
κάθετα
πάνω
στον
άξονα
των
sp sp και
κάθετα
μεταξύ
τους!!
ΣτάδιαΣτάδια
γιαγια
τοτο
μοντέλομοντέλο
VSEPR:VSEPR:
Γράφουμε
την
δομή
Lewis του
μορίου
βάσει
της
δομής
Lewis και
χρησιμοποιώντας
το
μοντέλο
VSEPR, βρίσκουμε
την
διευθέτηση
των
ηλεκτρονικών
ζευγών
γύρω
από
το
κεντρικό
άτομο
από
την
γεωμετρική
διευθέτηση
των
ηλεκτρονικών
ζευγών συμπεραίνουμε
τον
τύπο
των
υβριδικών
τροχιακών
(πίνακας
10.2)
Τοποθετούμε
τα
ηλεκτρόνια
σθένους
σε
κάθε
υβριδικό
τροχιακό, εάν χρειασθεί
σχηματίζουμε
και
ζεύγη
Δημιουργούμε
τους
δεσμούς
γύρω
από
το
κεντρικό
άτομο επικαλύπτοντας
τα
υβρικά
τροχιακά
που
φέρουν
μονήρη
ηλεκτρόνια
με
αντίστοιχα
τροχιακά
των
περιφερειακών
ατόμων
πχπχ
BFBF33
πχπχ
ΗΗ22ΟΟ
πχπχ
XeFXeF44