MOLEKULAR NA GEOMETRY: KONSEPTO, URI AT HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang molekular na geometry o istraktura ng molekular ay ang spatial na pag-aayos ng mga atoms sa paligid ng isang gitnang atom. Ang mga atom ay kumakatawan sa mga rehiyon kung saan mayroong isang mataas na density ng elektron, at samakatuwid ay itinuturing na mga elektronikong grupo, anuman ang mga bono na kanilang nabubuo (solong, doble o triple).

Ang molekular na geometry ng isang elemento ay maaaring makilala ang ilan sa mga pisikal o kemikal na katangian nito (punto ng kumukulo, lagkit, density, atbp.). Halimbawa, ang istruktura ng molekular na tubig ay tumutukoy sa kaakibat nito.

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang konsepto na ito ay nagmula mula sa pinagsama at eksperimentong data ng dalawang teorya: iyon ng valence bond (TEV) at ng pagtanggi ng mga elektronikong pares ng valence shell (RPECV). Habang ang unang tumutukoy sa mga bono at kanilang mga anggulo, ang pangalawa ay nagtatatag ng geometry at, dahil dito, ang istruktura ng molekular.

Anong mga geometric na hugis ang mga molekula na may kakayahang magpatibay? Ang dalawang naunang teorya ay nagbibigay ng mga sagot. Ayon sa RPECV, ang mga atoms at pares ng mga libreng elektron ay dapat ayusin sa espasyo sa isang paraan upang mabawasan ang pagtanggi ng electrostatic sa pagitan nila.

Kaya, ang mga geometriko na hugis ay hindi sinasadya, ngunit sa halip ay hanapin ang pinaka-matatag na disenyo. Halimbawa, sa imahe sa itaas maaari mong makita ang isang tatsulok sa kaliwa, at isang octahedron sa kanan. Ang berdeng tuldok ay kumakatawan sa mga atomo at ang orange na guhitan ang mga bono.

Sa tatsulok, ang tatlong berdeng puntos ay nakatuon sa 120º bukod. Ang anggulong ito, na kung saan ay katumbas ng bono, ay nagpapahintulot sa mga atomo na iwaksi ang bawat isa nang kaunti hangga't maaari. Samakatuwid, ang isang molekula na may gitnang atom na nakakabit sa tatlong iba pa ay magpapatibay ng isang geometry na pang-trigona na eroplano.

Gayunpaman, hinuhulaan ng RPECV na ang isang libreng pares ng mga electron sa gitnang atom ay aalisin ang geometry. Para sa kaso ng trigonal na eroplano, itutulak ng pares na ito ang tatlong berdeng puntos, na nagreresulta sa isang trigonal na pyramid na geometry.

Ang parehong ay maaari ring mangyari sa octahedron sa imahe. Sa loob nito ang lahat ng mga atomo ay pinaghiwalay sa pinaka matatag na paraan na posible.

Paano malalaman nang maaga ang molekular na geometry ng isang X atom?

Para sa mga ito, kinakailangan din na isaalang-alang ang mga pares ng mga libreng elektron bilang mga elektronikong grupo. Ang mga ito, kasama ang mga atomo, ay tukuyin kung ano ang kilala bilang electronic geometry, na isang hindi mapaghihiwalay na kasama ng molekular na geometry.

Mula sa elektronikong geometry, at napansin ang mga pares ng mga libreng elektron sa pamamagitan ng istruktura ng Lewis, posible na maitaguyod kung ano ang magiging geometry ng molekular. Ang kabuuan ng lahat ng mga molekular na geometry ay magbibigay ng isang balangkas ng pangkalahatang istraktura.

Mga uri ng geometry ng molekular

Tulad ng nakikita sa pangunahing imahe, ang molekular na geometrya ay depende sa kung gaano karaming mga atomo ang pumapalibot sa gitnang atom. Gayunpaman, kung ang isang hindi nabagong pares ng mga electron ay naroroon, babaguhin nito ang geometry dahil nasasakop nito ang maraming dami. Samakatuwid, nagpapalabas ito ng isang mabuting epekto.

Ayon dito, maaaring ipakita ng geometry ang isang serye ng mga katangian na katangian para sa maraming mga molekula. At dito kung saan ang iba't ibang uri ng molekular na geometry o molekular na istraktura ay lumitaw.

Kailan katumbas ang geometry sa istraktura? Parehong nagpapahiwatig lamang ng parehong sa mga kaso kung saan ang istraktura ay walang higit sa isang uri ng geometry; kung hindi man ang lahat ng mga uri na naroroon ay dapat isaalang-alang at ang istraktura na ibinigay ng isang pandaigdigang pangalan (linear, branched, globular, flat, atbp.).

Lalo na kapaki-pakinabang ang mga geometry para sa pagpapaliwanag ng istraktura ng isang solid mula sa mga yunit ng istruktura nito.

Linya

Ang lahat ng mga covalent bond ay walang direksyon, kaya ang linya ng AB ay magkatabi. Ngunit ang AB ₂ molekula ay magkatulad ? Kung gayon, ang geometry ay kinakatawan lamang bilang: BAB. Ang dalawang atom ng B ay pinaghihiwalay ng isang anggulo ng 180º, at ayon sa TEV, Ang A ay dapat magkaroon ng hybrid sp orbitals.

Angular

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang isang linear na geometry ay maaaring ipalagay sa unang pagkakataon para sa molekula AB ₂ ; gayunpaman, mahalaga na iguhit ang istruktura ng Lewis bago maabot ang isang konklusyon. Sa iginuhit na istraktura ng Lewis, ang bilang ng mga hindi natagpuang mga pares ng elektron (:) sa isang atom ay maaaring matukoy.

Kapag ganito, ang mga pares ng mga electron sa tuktok ng A itulak ang dalawang atoms ng B pababa, binabago ang kanilang mga anggulo. Bilang isang resulta, ang mga gulong na molekula ng BAB ay nagtatapos sa pagiging isang V, isang boomerang, o isang anggular na geometry (tuktok na imahe)

Ang molekula ng tubig, HOH, ay ang mainam na halimbawa para sa ganitong uri ng geometry. Sa atom na oxygen ay may dalawang pares ng mga electron nang walang pagbabahagi na nakatuon sa isang anggulo na humigit-kumulang na 109º.

Bakit ang anggulong ito? Sapagkat ang elektronikong geometry ay tetrahedral, na mayroong apat na mga vertices: dalawa para sa H atoms, at dalawa para sa mga electron. Sa itaas na imahe, tandaan na ang berdeng tuldok at ang dalawang "lobes na may mga mata" ay gumuhit ng isang tetrahedron na may asul na tuldok sa gitna nito.

Kung ang O ay walang libreng mga pares ng elektron, ang tubig ay bubuo ng isang gulong na molekula, babagsak ang polarya nito, at ang mga karagatan, dagat, lawa, atbp ay marahil ay hindi magkakaroon ng sila ay kilala.

Tetrahedron

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang tuktok na imahe ay kumakatawan sa geograpiya ng tetrahedral. Para sa molekula ng tubig, ang elektronikong geometry nito ay tetrahedral, ngunit kapag tinanggal ang mga libreng pares ng mga electron ay makikita na nagbabago ito sa isang anggular na geometry. Napansin din ito sa pamamagitan lamang ng pag-alis ng dalawang berdeng tuldok; ang natitirang dalawa ay iguguhit ang V gamit ang asul na tuldok.

Paano kung sa halip ng dalawang pares ng mga libreng elektron ay may isa lamang? Pagkatapos ay ang isang trigonal na eroplano ay mananatili (pangunahing imahe). Gayunpaman, sa pamamagitan ng pag-alis ng isang elektronikong grupo, ang maayang epekto na ginawa ng pares ng libreng elektron ay hindi maiiwasan. Samakatuwid, inalis nito ang trigonal na eroplano sa isang pyramid na may tatsulok na base:

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Bagaman magkakaiba ang trigonal at tetrahedral pyramid molekular na geometry, pareho ang elektronikong geometry: tetrahedral. Kaya ang trigonal pyramid ay hindi binibilang bilang electronic geometry?

Ang sagot ay hindi, dahil ito ay produkto ng pagbaluktot na dulot ng "lobe na may mga mata" at ang mabuting epekto nito, at ang geometry na ito ay hindi isinasaalang-alang ang mga kasunod na pagkagulo.

Para sa kadahilanang ito, palaging mahalaga na tukuyin muna ang elektronikong geometry sa tulong ng mga istruktura ng Lewis bago tukuyin ang molekular na geometry. Ang molekula ng ammonia, NH ₃ , ay isang halimbawa ng geometry ng trigonal na pyramid na trigonal, ngunit may geometry ng tetrahedral elektron.

Trigonal bipyramid

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Hanggang ngayon, maliban sa linear na geometry, sa tetrahedral, angular at trigonal pyramid ang kanilang mga central atoms ay may sp ^{3 na pag-} hybrid , ayon sa TEV. Nangangahulugan ito na kung ang mga anggulo ng kanilang mga bono ay natutukoy sa eksperimento, dapat silang nasa paligid ng 109º.

Mula sa geometry ng trigonal dipyramidal, mayroong limang mga electronic na grupo sa paligid ng gitnang atom. Sa imahe sa itaas maaari itong makita kasama ang limang berdeng puntos; tatlo sa tatsulok na base, at dalawa sa mga posisyon ng axial, na kung saan ay ang itaas at mas mababang mga patayo ng pyramid.

Ano ang hybridization ng asul na tuldok? Ito ay tumatagal ng limang mga hybrid na orbital upang mabuo ang nag-iisang mga bono (orange). Ito ay nakamit sa pamamagitan ng limang sp ³ d orbitals (produkto ng halo ng isang s, tatlong p at isang d orbital).

Kung isinasaalang-alang ang limang mga electronic na grupo, ang geometry ay ang nakalantad na, ngunit dahil mayroong mga pares ng mga elektron nang hindi nagbabahagi, muling naghihirap ang mga pagbaluktot na bumubuo ng iba pang mga geometry. Gayundin, ang sumusunod na tanong ay lumitaw: maaari bang sakupin ng mga pares na ito ang anumang posisyon sa pyramid? Ito ang: ang axial o ang ekwador.

Axial at equatorial na posisyon

Ang mga berdeng puntos na bumubuo sa tatsulok na base ay nasa mga posisyon ng equatorial, habang ang dalawa sa itaas at mas mababang mga dulo ay nasa posisyon ng ehe. Saan matatagpuan ang unshared na pares ng elektron na mas gusto? Sa posisyon na iyon na nagpapaliit sa electrostatic repulsion at steric effect.

Sa posisyon ng ehe, ang pares ng mga electron ay "presyur" na patayo (90º) sa tatsulok na base, habang kung nasa isang equatorial na posisyon, ang dalawang natitirang mga electronic na grupo sa base ay magiging 120º hiwalay at pipilitin ang dalawang dulo sa 90º (sa halip na sa tatlo, tulad ng base).

Samakatuwid, ang gitnang atom ay maghangad na i-orient ang libreng mga pares ng mga electron sa mga posisyon ng equatorial upang makabuo ng mas matatag na molekular na geometry.

Oscillating at T hugis

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Kung ang isa o higit pa sa mga atomo nito ay pinalitan ng mga libreng pares ng mga electron sa geometry ng trigonal bipyramid, magkakaroon din tayo ng iba't ibang mga geometry ng molekular.

Sa kaliwa ng tuktok na imahe, ang geometry ay nagbabago sa oscillating na hugis. Sa loob nito, itinutulak ng libreng pares ng mga electron ang natitirang bahagi ng apat na mga atomo sa parehong direksyon, na binabaluktot ang kanilang mga bono sa kaliwa. Tandaan na ang pares at dalawa sa mga atoms ay namamalagi sa parehong tatsulok na eroplano ng orihinal na bipyramid.

At sa kanan ng imahe, ang geometry ng T.Ang molekular na geometry na ito ay bunga ng paghahalili ng dalawang mga atomo para sa dalawang pares ng mga electron, na nagreresulta sa tatlong natitirang mga atom na nakahanay sa kanilang sarili sa parehong eroplano na kumukuha ng eksaktong isang letra T.

Pagkatapos, para sa isang molekula ng uri ng AB ₅ , pinagtibay nito ang geometry ng trigonal bipyramid. Gayunpaman, ang AB ₄ , na may parehong elektronikong geometry, ay magpatibay sa oscillating geometry; at AB ₃ , ang geometry ng T. Sa lahat ng mga ito ay ang kalooban ng A (sa pangkalahatan) ay may sp ³ d hybridization .

Upang matukoy ang molekular na geometry kinakailangan upang gumuhit ng istruktura ng Lewis at samakatuwid ang elektronikong geometry nito. Kung ito ay isang trigonal bipyramid, kung gayon ang mga libreng pares ng mga electron ay itatapon, ngunit hindi ang kanilang mga steric na epekto sa natitirang mga atoms. Sa gayon, ang isang perpektong makikilala sa pagitan ng tatlong posibleng molekular na geometry.

Octahedral

Ang Octahedral molekular na geometry ay inilalarawan sa kanan ng pangunahing imahe. Ang ganitong uri ng geometry ay tumutugma sa AB ₆ compound . Ang AB _{4 ay} bumubuo ng square base, habang ang natitirang dalawang B ay nakaposisyon sa mga posisyon ng ehe. Kaya, maraming mga equilateral tatsulok ay nabuo, na ang mga mukha ng octahedron.

Narito muli, maaaring mayroong (tulad ng lahat ng mga elektronikong geometry) na mga pares ng mga libreng elektron, at samakatuwid ang iba pang mga molekular na geometry ay nagmula sa katotohanang ito. Halimbawa, ang AB _{5 na} may octahedral electron geometry ay binubuo ng isang pyramid na may isang parisukat na base, at AB ₄ ng isang parisukat na eroplano:

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Para sa kaso ng octahedral electron geometry, ang dalawang molekular na geometry na ito ay ang pinaka-matatag sa mga tuntunin ng electrostatic repulsion. Sa parisukat na eroplano ng eroplano ang dalawang pares ng mga electron ay 180º.

Ano ang hybridization para sa atom A sa mga geometry na ito (o mga istruktura, kung ito lamang ang isa)? Muli, sinabi ng TEV na ito ay sp ³ d ² , anim na hybrid na orbit, na nagpapahintulot sa A na i-orient ang mga electronic na grupo sa mga vertice ng isang octahedron.

Iba pang mga molekular na geometry

Sa pamamagitan ng pagbabago ng mga batayan ng mga pyramid na nabanggit hanggang ngayon, maaaring makuha ang ilang mas kumplikadong mga molekular na geometry. Halimbawa, ang pentagonal bipyramid ay may isang pentagon para sa base nito at ang mga compound na bumubuo nito ay may pangkalahatang pormula AB ₇ .

Tulad ng iba pang mga molekular na geometry, ang pagpapalit ng mga atom ng B na walang libreng pares ng mga electron ay papangitin ang geometry sa iba pang mga hugis.

Gayundin, ang mga tambalang AB _{8 ay} maaaring magpatibay ng mga geometry tulad ng square antiprism. Ang ilang mga geometry ay maaaring maging kumplikado, lalo na para sa mga formula AB ₇ paitaas (hanggang sa AB ₁₂ ).

Mga halimbawa ng geometry ng molekular

Ang isang serye ng mga compound ay mababanggit sa ibaba para sa bawat isa sa mga pangunahing molekular na geometry. Bilang isang ehersisyo, maaaring iguhit ng isa ang mga istruktura ng Lewis para sa lahat ng mga halimbawa at magpapatunay kung, bibigyan ng elektronikong geometry, ang mga molekular na geometry ay nakuha tulad ng nakalista sa ibaba.

Linya ng geometry

-Ethylene, H ₂ C≡CH ₂

-Beryllium klorido, BeCl ₂ (Cl-Be-Cl)

-Carbon dioxide, CO ₂ (O = C = O)

-Nitrogen, N ₂ (N≡N)

-Mercury dibromide, HgBr ₂ (Br-Hg-Br)

-Triiodide anion, I ₃ ^- (III)

-Hydrocyanic acid, HCN (HN≡C)

Ang kanilang mga anggulo ay dapat na 180º, at samakatuwid ay may sp hybridization.

Angular na geometry

- tubig

-Sulfur dioxide, KAYA ₂

-Nitrogen dioxide, HINDI ₂

-Ozone, O ₃

-Amide anion, NH ₂ ^-

Trigonal na eroplano

-Bromo trifluoride, BF ₃

-Aluminum trichloride, AlCl ₃

-Nitrate anion, HINDI ₃ ^-

-Carbonate anion, CO ₃ ^2-

Tetrahedron

-Methane gas, CH ₄

-Carbon tetrachloride, CCl ₄

-Ammonium cation, NH ₄ ⁺

-Matapos ang anion, KAYA ₄ ^2-

Trigonal pyramid

-Amonia, NH ₃

-Cation hydronium, H ₃ O ⁺

Trigonal bipyramid

-Phosphorus pentafluoride, PF ₅

-Antimony pentachloride, SbF ₅

Oscillating

Sulfur tetrafluoride, SF ₄

T hugis

-Ako na trichloride, ICl ₃

-Chlorine trifluoride, ClF ₃ (ang parehong mga compound ay kilala bilang interhalogens)

Octahedral

-Sulfur hexafluoride, SF ₆

-Selenium hexafluoride, SeF ₆

-Hexafluorophosphate, PF ₆ ^-

Upang tapusin, ang molekular na geometry ay nagpapaliwanag sa mga obserbasyon ng kemikal o pisikal na katangian ng bagay. Gayunpaman, naka-orient ito ayon sa elektronikong geometry, kaya't ang huli ay dapat palaging natutukoy sa harap ng dating.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral, p. 194-198.
2. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon., P. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.
3. Mark E. Tuckerman. (2011). Molekular na geometry at teorya ng VSEPR. Nabawi mula sa: nyu.edu
4. Virtual Chembook, Charles E. Ophardt. (2003). Panimula sa Molecular Geometry. Nabawi mula sa: chemistry.elmhurst.edu
5. Chemistry LibreTexts. (Setyembre 8, 2016). Geometry ng Molecules. Nabawi mula sa: chem.libretexts.org