zaprezentowana w 1940 roku (Sidgwick i Powell). O budowie przestrzennej cząsteczki decyduje łączna liczba elektronów walencyjnych wokół atomu

Transkrypt

1 Teoria VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) zaprezentowana w 1940 roku (Sidgwick i Powell). budowie przestrzennej cząsteczki decyduje łączna liczba elektronów walencyjnych wokół atomu centralnego oraz orientacja przestrzenna obszarów orbitalnych, w których mieszczą się te elektrony

2

3 cząsteczka metanu

4 Podstawy teorii VSEPR Podstawowy kształt cząsteczki może zostać określony na podstawie wzorów Lewisa, a jeszcze lepiej na podstawie hybrydyzacji Cząsteczka - układ złożony z atomu centralnego oraz otaczających go innych atomów bądź par elektronowych Wszystkie składniki cząsteczki odpychają się nawzajem, tak aby znajdowały się jak najdalej od siebie VSEPR można zastosować nawet dla atomów, które nie spełniają reguły oktetu

5 W teorii VSEPR kształt cząsteczki (geometria o najmniejszym odpychaniu) zależy od ilości par elektronowych

6 2 pary elektronowe 180º : A : kształt cząsteczki - liniowy

7 3 pary elektronowe 120º : A kształt cząsteczki płaski trójkąt

8 Przykład jon N - 3 N N N N - identyczne wszystkie długości wiązań, pośrednie pomiędzy N- a N= (-N-) = 120 o

9 4 pary elektronowe 109.5º A tetraedredr

10

11 Jon S 4 2- S S S - - etc. 2- S Tetraedr, ( -S-) = o

12 5 par elektronowych 90º bipiramida trygonalna : A 120º

13

14 6 par elektronowych 90º oktaedr A

15

16

17 cd.

18 Przykład dla 2 różnych atomów centralnych VSEPR rozpatrujemy oddzielnie dla każdego z atomów C nr1 tetraedr C nr 2 płaski trójkąt

19 Reguły te nie są jednak wystarczające. Wprowadza się dodatkowe założenia, dla związków które posiadają wolne pary elektronowe. Pary te, zgodnie z regułami podanymi powyżej liczy się bowiem dokładnie tak samo jak wiązania chemiczne. Dlatego też przyjmuje się, że odpychanie elektrostatyczne kształtuje się według swojej mocy w szeregu: wolna pary - wolna para > > wolna para - para wiążąca para wiążąca - para wiążąca

20

21 kąt pomiędzy wiązaniami dla niektórych cząsteczek posiadających wolne pary elektronowe 109.5º 107º 105º H H C H H H H N H H H

22 Wolna para odpycha silniej niż para tworząca wiązanie σ (WP> σp) WP CH 4 NH 3 H o o o 5 im większy atom centralny tym słabsze odpychanie par σ 1 WP 2 WP NH 3 PH 3 AsH 3 SbH o 3 93 o 3 91 o 8 91 o 3 H 2 H 2 S H 2 Se 104 o 5 93 o 91 o sp 3

23 NH 3 NF o o 1 H 2 F 2 Cl 2 Br o o 1 ale 111 o 116 o 5 + rozmiar (efekt sferyczny) odpychanie par σ maleje ze wzrostem elektroujemności liganda

24 Dla 3 par elektronowych, w tym jednej wolnej B A B (B-A-B) B) będzie mniejszy niż 120 o.

25 4 pary elektronowe 1 niewiążąca B A B B

26 Br Br.. :.. :.. ::.. -

27 4 pary elektronowe 2 niewiążące B A B

28 5 par elektronowych 1 para niewiążąca B B A B B

29 5 par, w tym 2 niewiążące Kształt litery T B B A B

30 liniowa płaski trójkąt tetraedr

31 bipiramida trygonalna oktaedr

32 PDSUMWANIE TERII VSEPR (GRANICZENIA) 1. Stosuje się tylko do pierwiastków p-elektronowych i tylko dla wiązań kowalencyjnych. 2. Problem definicji powłoki walencyjnej (efekt nieczynnej pary s) np.: TeCl 6 2 TeF 6 2 (14 czy 12 elektronów walencyjnych?) 3. VSEPR zawodzi, gdy wiązania w dużym stopniu zdelokalizowane np.: C(CN) 3, C(N 2) 3, (SiH 3)N płaskie zamiast piramidy trygonalnej, lub symetria atomów mostka np. M M (liniowa zamiast kątowej) H 3 C N CH 3 N(CH 3 ) 3 H 3 Si N SiH 3 SiH 3 N(SiH 3 ) 3 CH 3

33 kazuje się jednak, że nawet dla układów gdzie teoria ta powinna być dobra podane reguły są przybliżone. Np. wiązanie podwójne (traktowane w teorii VSEPR jak pojedyncze) zajmuje więcej miejsca. H H F C C F B H H F 117º a nie 120 o 120º

34 PDSUMWANIE TERII VSEPR (ZALETY) 1. Łatwo pozwala przewidzieć strukturę cząsteczki 2. Wprowadziła zasadę: związki izoelektronowe = izostrukturalne 3. Wskazała na rolę wolnych par elektronowych a) wpływ na wybór geometrii b) wpływ na deformację c) moment dipolowy d) właściwości zasadowe (w sensie Brønsteda i Lewisa) 4. Pozwala na przewidywanie właściwości i reaktywności (właściwości kwasowo-zasadowe)

35 Typ Cząsteczki: A - atom centralny Liczba X - ligandy przestrzenna E - wolne pary elektronowe Typ hybrydyzacji Kształt cząsteczki Rozmieszczeni e elektronów (na żółto zaznaczono wolne pary elektronowe) Geometria cząsteczki Przykłady AX 1 E n cząsteczka dwuatomowa HF, 2 AX 2 E 0 2 sp linia BeCl 2, HgCl 2, C 2 AX 2 E 1 3 sp 2 Kształt litery V N 2, S 2, 3 AX 2 E 2 4 sp 3 Kształt litery V H 2, F 2 AX 2 E 3 5 sp 3 d [2] linia XeF 2, I 3 2 AX 3 E 0 3 sp 2 trójkąt BF 3, C 3, równoboczny N 3, S 3 AX 3 E 1 4 sp 3 piramida trygonalna NH 3, PCl 3 AX 3 E 2 5 sp 3 d [2] kształt litery T ClF 3, BrF 3 AX 4 E 0 4 sp 3 tetraedr CH 4, P 4 3, S 4 2, Cl 4 AX 4 E 1 5 sp 3 d [2] nieregularny tetraedr SF 4 AX 4 E 2 6 sp 3 d 2[2] kwadrat, płaski XeF 4 AX 5 E 0 5 sp 3 d [2] bipiramida trygonalna PCl 5 AX 5 E 1 6 sp 3 d 2[2] piramida kwadratowa ClF 5, BrF 5 AX 6 E 0 6 sp 3 d 2[2] oktaedr SF 6 AX 6 E 1 7 sp 3 d 3[2] piramida pentagonalna XeF 6 AX 7 E 0 7 sp 3 d 3[2] bipiramida pentagonalna IF 7

36

37 Geometria

38

39

40 3 Pary 4 Pary

41 5 Par 6 Par