Back to chapter

10.3:

ניבוי גאומטריה מולקולרית

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Predicting Molecular Geometry

Languages

Share

תאוריית VSEPR מסייעת לקבוע מבנים של זוגות אלקטרונים ושל מולקולות. סדרת שלבים משמשת לחיזוי המבנים וזוויות הקשר של מולקולות כמו זרחן טריכלוריד. הצעד הראשון הוא לצייר את מבנה לואיס של המולקולה.לאחר מכן, ספרו את המספר הכולל של קבוצות אלקטרונים על האטום המרכזי. סביב הזרחן יש ארבע קבוצות אלקטרונים, שלושה זוגות קושרים וזוג לא קושר אחד. כעת קבעו את מבנה זוגות האלקטרונים.מבנה זוגות האלקטרונים הוא טטרהדרלי. יחד עם זאת, בגלל הזוג הלא קושר, המבנה המולקולרי הוא פירמידה משולשת. הזוג הלא קושר מקטין את זווית הקשר לפחות מ-109.5 מעלות.אותו פרוטוקול משמש לחיזוי המבנה של זוג האלקטרונים והמבנה המולקולרי של דו תחמוצת הפחמן. מבנה לואיס של פחמן דו חמצני מציג את שתי קבוצות האלקטרונים סביב אטום הפחמן, כיוון שכל קשר כפול נחשב כקבוצת אלקטרונים אחת. שתי קבוצות האלקטרונים ממקמות את עצמן בצדדים מנוגדים של אטום הפחמן המרכזי עם זווית קשר של 180 מעלות.מבנה זוגות האלקטרונים והמבנה המולקולרי זהים מכיוון שאין זוגות לא קושרים על האטום המרכזי, ומולקולות הפחמן הדו-חמצני הן לינאריות. מבנה לואיס של טלוריום טטרכלוריד הוא בעל חמש קבוצות אלקטרונים סביב אטום הטלוריום:ארבעה זוגות קושרים וזוג לא קושר אחד. לקבוצות האלקטרונים יש מבנה של דו-פירמידה משולשת.הזוג הלא קושר נמצא באחת העמדות האקווטוריאליות והמולקולה במבנה נדנדה. ניתן להשתמש שוב בשלבים אלה כדי לקבוע את מבנה זוגות האלקטרונים ואת המבנה המולקולרי של האניון יוד טטרכלוריד. במבנה לואיס יש שש קבוצות אלקטרונים סביב אטום היוד, ארבעה זוגות קושרים ושני זוגות לא קושרים.קבוצות האלקטרונים מסודרות באופן אוקטהדרלי. הזוגות הקושרים נשארים במישור אחד והזוגות הלא קושרים ממוקמים משני צידי המישור הזה וממזערים את הדחייה. המבנה המולקולרי הוא מישורי מרובע.

10.3:

ניבוי גאומטריה מולקולרית

VSEPR Theory for Determination of Electron Pair Geometries

The following procedure uses VSEPR theory to determine the electron pair geometries and the molecular structures:

  1. Write the Lewis structure of the molecule or polyatomic ion.
  2. Count the number of electron groups (lone pairs and bonds) around the central atom. A single, double, or triple bond counts as one region of electron density.
  3. Identify the electron-pair geometry based on the number of electron groups: linear, trigonal planar, tetrahedral, trigonal bipyramidal, or octahedral (As depicted in Figure 1, first column).
  4. Use the number of lone pairs to determine the molecular structure. If more than one arrangement of lone pairs and chemical bonds is possible, choose the one that will minimize repulsions, remembering that lone pairs occupy more space than multiple bonds, which occupy more space than single bonds. In trigonal bipyramidal arrangements, repulsion is minimized when every lone pair is in an equatorial position. In an octahedral arrangement with two lone pairs, repulsion is minimized when the lone pairs are on opposite sides of the central atom.

The molecular structures are identical to the electron-pair geometries when there are no lone pairs present. For a particular number of electron pairs, the molecular structures for one or more lone pairs are determined based on modifications of the corresponding electron-pair geometry.

Predicting Molecular Structures using VSEPR Theory 

The following examples illustrate the use of VSEPR theory to predict the molecular structures. 

Let’s see how to determine the electron-pair geometry and molecular structure of CO2 and BCl3.

We write the Lewis structure of CO2 as:

Image1

This shows us two double bonds around the carbon atom—each double bond counts as one electron group, and there are no lone pairs on the carbon atom. Using VSEPR theory, we predict that the two electron groups arrange themselves on opposite sides of the central atom with a bond angle of 180°. The electron-pair geometry and molecular structure are identical, and CO2 molecules are linear.

To predict the electron-pair geometry and molecular structure of a TeCl4 molecule, the first step is to write the Lewis structure of TeCl4. It indicates five electron groups around the Te atom: one lone pair and four bonding pairs:

Image2

We expect these five electron groups to adopt a trigonal bipyramidal electron-pair geometry. To minimize lone pair repulsions, the lone pair occupies one of the equatorial positions. The molecular structure  is that of a seesaw.

This text has been adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 7.6: Molecular Structure and Polarity.