10.2 – Former på molekyler og ioner (VSEPR teori)

Former på molekyler og ioner (VSEPR teori)

Den tredimensionelle form af et molekyle eller en sammensat ion, kan fastslås ved at tegne en elektronprikformel og identificere antallet af elektrongrupper (en eller flere elektronpar) omkring det centrale atom. Vi tæller antallet af enlige par af elektroner, enkelt-, dobbelt-, eller tripelbindinger som en elektrongruppe. I VSEPR teorien (fra det engelske valence shell electron-pair repulsion), arrangeres elektronparrene så langt fra hinanden, omkring et centralt atom, for at minimere frastødningen mellem deres negative ladninger.

Når vi har talt antallet af elektrongrupper omkring det centrale atom, kan vi fastslå forbindelsens specifikke form, fra antallet af atomer bundet til det centrale atom.

Centrale atomer med to elektrongrupper

I elektronprikformlen for CO₂, er der to elektrongrupper (to dobbeltbindinger) bundet til det centrale atom. Ifølge VSEPR teorien, forekommer den mindste frastødning, når de to elektrongrupper befinder sig på hver sin side af det centrale C-atom. Dette giver CO₂ molekylet en lineær elektrongruppegeometri og en lineær form med en bindingsvinkel på 180º.

Centrale atomer med tre elektrongrupper

I elektronprikformlen for formaldehyd, H₂CO, er det centrale C-atom bundet til to H-atomer med enkeltbindinger og med en dobbeltbinding til O-atomet. Den mindste frastødning får man, når de tre elektrongrupper er så langt fra hinanden som muligt omkring det centrale C-atom, hvilket giver en bindingsvinkel på 120º. Denne type af elektrongruppegeometri, kaldes trigonal planar og giver formen på H2CO kaldet trigonal planar.

I elektronprikformlen for SO₂, er der også tre elektrongrupper omkring det centrale S-atom: en enkeltbinding til et O-atom, en dobbeltbinding til et andet O-atom, og et enligt par af elektroner. Som i H₂CO, har tre elektrongrupper den mindste frastødning, når de danner en trigonal planar elektrongruppegeometri. Derfor, bliver formen på SO₂ molekylet, bestemt af de to O-atomer bundet til det centrale S-atom, hvilket giver molekylet en bøjet form, med en bindingsvinkel på 180º. Når der er et eller flere enlige elektronpar omkring det centrale atom, har formen på molekylet et andet navn, end det elektrongruppegeometrien har.

Centrale atomer med fire elektrongrupper

I et metanmolekyle (CH₄), er det centrale C-atom bundet til fire H-atomer. Fra elektronprikformlen, kunne du måske tro, at det er planært med 90º bindingsvinkler. Imidlertid, er den bedste geometri for den laveste frastødning tetrahedral, hvilken placerer de fire elektrongrupper i hjørnerne af en tetraeder, hvilket giver bindingsvinkler på 109º. Når der er fire atomer bundet til fire elektrongrupper, er formen på molekylet eller den sammensatte ion, en tetraeder (tetrahedral).

En måde at repræsentere den tredimensionale struktur af metan på, er at bruge kiler og stiplede kiler i notationen. I denne repræsentation, er de to bindinger C-atomet til H-atomer med en linje, i papirets plan. Kilen repræsenterer en C til H binding der kommer ud af papiret mod os, og den stiplede kile, repræsenterer en C til H binding der går ind i papiret, væk fra os.

Nu kan vi se på molekyler der også har fire elektrongrupper, hvor en eller flere af dem er enlige elektronpar. Så er det centrale atom bundet til kun to eller tre atomer. For eksempel i elektronprikformlen for ammoniak, NH₃, har fire elektrongrupper en tetrahedral elektrongruppegeometri. I NH₃, er en af elektrogrupperne imidlertid et enligt elektronpar. Formen på NH₃, bestemmes derfor af de tre hydrogenatomer, som er bundet til det centrale N-atom. Kile-repræsentationen, kan også repræsentere denne tredimensionale struktur i ammoniak, med en N—H binding i planet, en N—H binding ud af planet i mod os, og en N—H binding ind i planet væk fra os.

I elektronprikformlen for vand, H₂O, er der også fire elektrongrupper, hvilket har den mindste frastødning, når elektrongruppe geometrien er tetrahedral. I H₂O, er to af elektrongrupperne imidlertid enlige elektronpar. Fordi formen på H₂O bliver bestemt af to H-atomer bundet til det centrale O-atom, har H₂O molekylet en bøjet form, med en bindingsvinkel på 109º. Tabel 10.3 giver en oversigt over molekyleformer for molekyler med to, tre og fire bundne atomer.

Konceptforståelse 10.4

Molekyleform Hvis de fire elektrongrupper i et PH3 molekyle danner en tetraeder, hvorfor har PH3 molekylet en trigonal pyramideform? Svar Fire elektrongrupper opnår den mindste frastødning, når elektrongruppegeometrien er tetrahedral. I PH3, er en af elektrongrupperne imidlertid et enligt elektronpar. Fordi formen på PH3 molekylet bestemmes af de tre H-atomer bundet til det centrale P-atom, er PH3 trigonal pyramideformet.

Opgaveeksempel 10.5

Forudsige former Brug VSEPR teorien til at forudsige formen på følgende molekyler eller sammensatte ioner: a. H2Se          b. NO3– Løsning a. Trin 1: Tegn elektronprikformlen. I elektronprikformlen for H2Se, er der fire elektrongrupper, inklusiv to enlige elektronpar. Trin 2: Arranger elektrongrupperne omkring det centrale atom, så der opnås mindst frastødning. For at minimere frastødningen, vil elektrongruppegeometrien være tetrahedral. Trin 3: Brug atomerne bundet til det centrale atom, til at afgøre formen. Fordi det centrale atom, Se, er bundet til to H-atomer, har den en bøjet form, med en bindingsvinkel på 109º. a. Trin 1: Tegn elektronprikformlen. Den sammensatte ion, NO3–, indeholder tre elektrongrupper (to enkeltbindinger mellem det centrale N-atom, og en dobbeltbinding mellem N og O). Bemærk at dobbeltbindingen kan tegnes til alle O-atomerne på skift, hvilket resulterer i tre mulige resonansstrukturer. Vi har imidlertid kun vist en af strukturerne her. Trin 2: Arranger elektrongrupperne omkring det centrale atom, så der opnås mindst frastødning. For at minimere frastødningen, vil tre elektrongrupper have geometrien trigonal planar. Trin 3: Brug atomerne bundet til det centrale atom, til at afgøre formen. Fordi NO3– har tre bundne atomer, har det en trigonal planar form.

10.3 – Elektronegativitet og polaritet →