Геометрия молекул и валентные углы
Форма по числу электронных областей
linkОпора
- Урок 5. Гибридизация: sp³, sp², sp — определять гибридизацию атома и число σ- и π-связей
Гибридизация из урока 5 задаёт углы между связями атома. Чтобы быстро определить форму всей молекулы, удобнее метод ОЭПВО — отталкивания электронных пар валентной оболочки. Он основан на простой идее: пары электронов отталкиваются и располагаются вокруг атома как можно дальше друг от друга. Метод приводит к той же форме, что и гибридизация, и вдобавок объясняет, почему неподелённая пара сжимает углы между связями.
Как предсказать форму и углы
- Сосчитайте электронные области атома: каждый сосед — одна область (кратная связь — тоже одна), каждая неподелённая пара — одна.
- Расположите области: 4 — тетраэдр, 3 — плоский треугольник, 2 — прямая.
- Назовите форму по атомам, не по парам: 4 области и 1 пара — треугольная пирамида, 4 области и 2 пары — уголок; 3 области и 1 пара — тоже уголок.
- Поправьте углы: неподелённая пара занимает больше места, чем связь, и сжимает углы между связями.
| Областей | Пар | Форма | Угол | Пример |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 0 | тетраэдр | 109,5° | \(\ce{CH4}\) |
| 4 | 1 | пирамида | 107° | \(\ce{NH3}\) |
| 4 | 2 | уголок | 104,5° | \(\ce{H2O}\) |
| 3 | 0 | плоский треугольник | 120° | \(\ce{BF3}\), \(\ce{H2C=O}\) |
| 2 | 0 | прямая | 180° | \(\ce{CO2}\), \(\ce{HCN}\) |
Примеры
1. Метан \(\ce{CH4}\). Четыре соседа — тетраэдр, углы 109,5°.
2. Формальдегид \(\ce{H2C=O}\). У углерода три соседа — плоский треугольник, углы около 120°.
3. \(\ce{CO2}\) и \(\ce{HCN}\). У углерода по два соседа — молекулы линейные, 180°.
4. Трифторид бора \(\ce{BF3}\). Три соседа, пар нет — плоский треугольник.
errorФорму называют по атомам
У аммиака четыре электронные области, но молекула — не тетраэдр, а пирамида: пару на рисунке формы не видно. Сначала расставьте области, потом уберите пары и назовите фигуру из атомов.
edit_noteПопробуйте сами
Какую форму имеет метил-анион \(\ce{CH3-}\) и какой примерно угол H–C–H?
expand_moreПоказать решение
Три соседа и одна пара — четыре области, как у аммиака: пирамида, угол немного меньше 109,5°.
Какие атомы лежат в одной плоскости
Форма из первой части урока отвечает и на олимпиадный вопрос «сколько атомов лежит в одной плоскости»: плоскость задают \(sp^2\)-атомы, прямую — \(sp\)-атомы.
Как найти атомы в одной плоскости
- \(sp^2\)-атом и три его соседа лежат в одной плоскости. Если оба атома двойной связи \(sp^2\), то они и все четыре их соседа — в одной плоскости.
- \(sp\)-атом и два его соседа лежат на одной прямой.
- У \(sp^3\)-атома в одну плоскость помещаются он сам и не больше двух его соседей. Группа \(\ce{CH3}\) может повернуться так, что один её водород окажется в плоскости.
Примеры
1. Этилен \(\ce{CH2=CH2}\). Оба углерода \(sp^2\) — все шесть атомов в одной плоскости.
2. Ацетальдегид \(\ce{CH3-CHO}\). Плоскость задаёт \(sp^2\)-углерод группы CHO: он, кислород, водород и углерод метила. Метил поворачивается, и в плоскость попадает один из его водородов — максимум 5 атомов из 7.
3. Ацетилен \(\ce{HC#CH}\). Все четыре атома на одной прямой.
4. Бензол \(\ce{C6H6}\). Все шесть атомов углерода \(sp^2\) — все 12 атомов в одной плоскости.
errorМетильная группа вращается
Из трёх водородов метила в плоскость может попасть только один: два других всегда выходят из неё. Вопрос «наибольшее число атомов в одной плоскости» учитывает этот один водород.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько атомов в молекуле \(\ce{HC#C-CH3}\) лежат на одной прямой?
expand_moreПоказать решение
Водород, два атома тройной связи и углерод метила — 4 атома: оба \(sp\)-атома со своими соседями лежат на одной прямой.
push_pinГлавное
Электронные области атома (соседи и неподелённые пары) расходятся как можно дальше: 4 — тетраэдр (109,5°), 3 — плоский треугольник (120°), 2 — прямая (180°). Форму называют по атомам: 4 области и 1 пара — пирамида, 4 области и 2 пары — уголок. Пары занимают больше места и сжимают углы. \(sp^2\)-атом с тремя соседями лежит с ними в одной плоскости, \(sp\)-атом с двумя соседями — на одной прямой.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.