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