MOLEKÜLER GEOMETRI: KAVRAM, TÜRLERI VE ÖRNEKLERI - KIMYA - 2025

Moleküler geometri veya moleküler yapı merkez atomu atomların uzamsal bir düzenlemedir. Atomlar, yüksek elektron yoğunluğunun olduğu bölgeleri temsil ederler ve bu nedenle oluşturdukları bağlardan (tek, çift veya üçlü) bağımsız olarak elektronik gruplar olarak kabul edilirler.

Bir elementin moleküler geometrisi, onun bazı fiziksel veya kimyasal özelliklerini (kaynama noktası, viskozite, yoğunluk vb.) Karakterize edebilir. Örneğin, suyun moleküler yapısı çözünürlüğünü belirler.

Kaynak: Gabriel Bolívar

Bu kavram, iki teorinin birleşiminden ve deneysel verilerinden kaynaklanmaktadır: değerlik bağı (TEV) ve değerlik kabuğunun (RPECV) elektronik çiftlerinin itilmesi. Birincisi bağları ve açılarını tanımlarken, ikincisi geometriyi ve dolayısıyla moleküler yapıyı kurar.

Moleküller hangi geometrik şekilleri benimseyebilir? Önceki iki teori cevapları sağlar. RPECV'ye göre, atomlar ve serbest elektron çiftleri, aralarındaki elektrostatik itmeyi en aza indirecek şekilde uzayda düzenlenmelidir.

Dolayısıyla geometrik şekiller keyfi değildir, aksine en kararlı tasarımı ararlar. Örneğin, yukarıdaki resimde solda bir üçgen ve sağda bir sekiz yüzlü görebilirsiniz. Yeşil noktalar atomları ve turuncu noktalar bağları temsil eder.

Üçgende, üç yeşil nokta 120º aralıklıdır. Bağınkine eşit olan bu açı, atomların birbirini olabildiğince az itmesini sağlar. Bu nedenle, üç diğerine bağlı bir merkezi atomu olan bir molekül, bir trigonal düzlem geometrisi benimseyecektir.

Bununla birlikte, RPECV, merkezi atomdaki serbest bir elektron çiftinin geometriyi bozacağını tahmin ediyor. Üçgen düzlem durumunda, bu çift üç yeşil noktayı aşağı doğru iterek üçgen piramit geometrisiyle sonuçlanacaktır.

Aynı şey görüntüdeki oktahedron için de olabilir. İçinde tüm atomlar mümkün olan en kararlı şekilde ayrılmıştır.

Bir X atomunun moleküler geometrisini önceden nasıl bilebilirim?

Bunun için de serbest elektron çiftlerini elektronik gruplar olarak düşünmek gerekir. Bunlar, atomlarla birlikte, moleküler geometrinin ayrılmaz bir arkadaşı olan elektronik geometri olarak bilinen şeyi tanımlayacaktır.

Elektronik geometriden ve Lewis yapısı aracılığıyla serbest elektron çiftlerini tespit ettikten sonra, moleküler geometrinin ne olacağını belirlemek mümkündür. Tüm moleküler geometrilerin toplamı, genel yapının bir taslağını sağlayacaktır.

Moleküler geometri türleri

Ana görüntüde görülebileceği gibi, moleküler geometri, merkez atomu kaç atomun çevrelediğine bağlıdır. Bununla birlikte, paylaşılmamış bir elektron çifti varsa, çok fazla hacim kapladığı için geometriyi değiştirecektir. Bu nedenle sterik bir etki yaratır.

Buna göre, geometri birçok molekül için bir dizi karakteristik şekil sunabilir. Ve bu, farklı moleküler geometri veya moleküler yapı türlerinin ortaya çıktığı yerdir.

Geometri ne zaman yapıya eşittir? Her ikisi de sadece yapının birden fazla geometri türüne sahip olmadığı durumlarda aynı şeyi gösterir; aksi takdirde mevcut tüm türler dikkate alınmalı ve yapıya genel bir ad verilmelidir (doğrusal, dallanmış, küresel, düz vb.).

Geometriler, bir katının yapısını yapısal birimlerinden açıklamak için özellikle yararlıdır.

Doğrusal

Tüm kovalent bağlar yönlüdür, bu nedenle AB bağı doğrusaldır. Fakat AB ₂ molekülü doğrusal mı olacak ? Öyleyse, geometri basitçe şu şekilde temsil edilir: BAB. İki B atomu 180º'lik bir açı ile ayrılır ve TEV'ye göre, A'nın hibrit sp orbitallerine sahip olması gerekir.

Açısal

Kaynak: Gabriel Bolívar

İlk olarak AB ₂ molekülü için doğrusal bir geometri varsayılabilir ; ancak, bir sonuca varmadan önce Lewis yapısını çizmek önemlidir. Çizilen Lewis yapısı ile, A atomundaki paylaşılmamış elektron çiftlerinin sayısı (:) belirlenebilir.

Böyle olduğunda, A'nın tepesindeki elektron çiftleri, B'nin iki atomunu aşağı doğru iter ve açılarını değiştirir. Sonuç olarak, doğrusal BAB molekülü bir V, bir bumerang veya bir açısal geometriye dönüşür (üstteki resim)

Su molekülü HOH, bu tip geometri için ideal bir örnektir. Oksijen atomunda, yaklaşık 109 ° 'lik bir açıyla yönlendirilmiş, paylaşılmayan iki çift elektron vardır.

Neden bu açı? Çünkü elektronik geometri dört köşesi olan dörtyüzlüdür: ikisi H atomu ve ikisi elektronlar için. Üstteki resimde, yeşil noktaların ve iki "gözlü lobun" ortasında mavi nokta olan bir tetrahedron çizdiğine dikkat edin.

O'nun serbest elektron çifti olmasaydı, su doğrusal bir molekül oluşturacak, polaritesi azalacak ve okyanuslar, denizler, göller vb. Muhtemelen bilindiği gibi var olmayacaktı.

dört yüzlü şekil

Kaynak: Gabriel Bolívar

En üstteki resim dört yüzlü geometriyi temsil ediyor. Su molekülü için, elektronik geometrisi dört yüzlüdür, ancak serbest elektron çiftlerini ortadan kaldırırken, açısal bir geometriye dönüştüğü not edilebilir. Bu aynı zamanda iki yeşil noktayı kaldırarak da gözlemlenebilir; kalan ikisi mavi noktalı V'yi çizecektir.

Ya iki çift serbest elektron yerine sadece bir tane olsaydı? Daha sonra bir trigonal düzlem kalacaktır (ana resim). Bununla birlikte, bir elektronik grubu kaldırarak, serbest elektron çifti tarafından üretilen sterik etkiden kaçınılmaz. Bu nedenle, trigonal düzlemi üçgen tabanlı bir piramide doğru bozar:

Kaynak: Gabriel Bolívar

Üçgen ve dört yüzlü piramit moleküler geometrisi farklı olsa da, elektronik geometri aynıdır: tetrahedral. Yani trigonal piramit elektronik geometri olarak sayılmıyor mu?

Cevap hayırdır, çünkü "gözlü lob" ve onun sterik etkisinin neden olduğu bozulmanın ürünüdür ve bu geometri sonraki bozulmaları hesaba katmaz.

Bu nedenle, moleküler geometriyi tanımlamadan önce elektronik geometriyi Lewis yapıları yardımıyla belirlemek her zaman önemlidir. Amonyak molekülü, NH ₃ trigonal piramit molekül geometrisi bir örnektir, fakat yüzlü elektron geometri ile.

Trigonal bipiramid

Kaynak: Gabriel Bolívar

Şimdiye kadar tetrahdedral içinde doğrusal bir geometriye hariç, açılı ve köşeli piramit, merkez atomuna sp sahip ³ hibridizasyon TEV göre. Bu, bağ açıları deneysel olarak belirlenirse, 109º civarında olması gerektiği anlamına gelir.

Trigonal dipiramidal geometriden, merkez atom etrafında beş elektronik grup vardır. Yukarıdaki resimde beş yeşil nokta ile görülmektedir; üçü üçgen tabanda ve ikisi piramidin üst ve alt köşeleri olan eksenel konumdadır.

O zaman mavi noktanın melezleşmesi nedir? Tek bağları (turuncu) oluşturmak için beş hibrit orbital gerekir. Bu, beş sp ³ d orbital (bir s, üç p ve bir d orbitalinin karışımının ürünü) aracılığıyla elde edilir .

Beş elektronik grup düşünüldüğünde, geometri zaten açıkta olandır, ancak paylaşılmayan elektron çiftleri olduğu için, diğer geometrilerin ürettiği bozulmalardan yine muzdariptir. Aynı şekilde şu soru ortaya çıkıyor: Bu çiftler piramit içinde herhangi bir pozisyon alabilir mi? Bunlar: eksenel veya ekvatoral.

Eksenel ve ekvatoral pozisyonlar

Üçgen tabanı oluşturan yeşil noktalar ekvator konumlarında, üst ve alt uçlardaki ikisi eksenel konumdadır. Paylaşılmamış elektron çifti tercihli olarak nerede bulunacak? Elektrostatik itme ve sterik etkiyi en aza indiren bu pozisyonda.

Eksenel pozisyonda, elektron çifti üçgen tabana dik olarak (90º) "basınç" uygularken, ekvator pozisyonunda olsaydı, tabandaki kalan iki elektronik grup 120º ayrı olacak ve iki ucu 90º'ye bastıracaktı (bunun yerine üssünde olduğu gibi üç).

Bu nedenle, merkez atom, daha kararlı moleküler geometriler oluşturmak için serbest elektron çiftlerini ekvator konumlarında yönlendirmeye çalışacaktır.

Salınan ve T şekli

Kaynak: Gabriel Bolívar

Trigonal bipiramit geometrisinde atomlarından biri veya daha fazlası serbest elektron çiftleriyle değiştirilseydi, aynı zamanda farklı moleküler geometrilere sahip olurduk.

En üstteki görüntünün solunda, geometri salınan şekle dönüşür. İçinde, serbest elektron çifti, dört atomun geri kalanını aynı yönde iter ve bağlarını sola doğru büker. Bu çift ve iki atomun orijinal çift piramidin aynı üçgen düzleminde bulunduğuna dikkat edin.

Ve görüntünün sağında, T şeklindeki geometri. Bu moleküler geometri, iki atomun iki çift elektron için ikame edilmesinin sonucudur ve kalan üç atomun aynı düzlemde tam olarak bir harf çizen hizalanmasıyla sonuçlanır. T.

Daha sonra, AB ₅ tipi bir molekül için , trigonal bipiramit geometrisini benimser. Bununla birlikte, aynı elektronik geometriye sahip AB ₄ , salınımlı geometriyi benimseyecektir; ve AB ₃ , T-şekilli geometri Hepsinde A (genellikle) sp ³ d hibridizasyonuna sahip olacaktır .

Moleküler geometriyi belirlemek için Lewis yapısını ve dolayısıyla elektronik geometrisini çizmek gerekir. Bu bir trigonal bipiramit ise, serbest elektron çiftleri atılacak, ancak atomların geri kalanı üzerindeki sterik etkileri atılmayacaktır. Böylece, üç olası moleküler geometri arasında mükemmel bir ayrım yapılabilir.

sekiz yüzlü cisim

Oktahedral moleküler geometri, ana görüntünün sağında gösterilir. Bu tip geometri, AB ₆ bileşiklerine karşılık gelir . AB ₄ kare tabanı oluştururken, kalan iki B eksenel konumlarda konumlandırılmıştır. Böylece, oktahedronun yüzleri olan birkaç eşkenar üçgen oluşur.

Yine burada (tüm elektronik geometrilerde olduğu gibi) serbest elektron çiftleri olabilir ve bu nedenle diğer moleküler geometriler bu olgudan türemiştir. Örneğin, oktahedral elektron geometrisine sahip AB ₅ , kare tabanlı bir piramitten ve kare düzlemden AB _4'ten oluşur:

Kaynak: Gabriel Bolívar

Oktahedral elektron geometrisi durumunda, bu iki moleküler geometri elektrostatik itme açısından en kararlı olanlardır. Kare düzlem geometride iki elektron çifti birbirinden 180º uzaktadır.

Bu geometrilerde (veya tek ise yapılar) atom A için hibridizasyon nedir? Yine, bu sp TEV durumları olduğu ³ d ² , A, bir oktahedron köşelerinde elektronik grupları yönlendirmek için izin altı melez orbitalleri.

Diğer moleküler geometriler

Şimdiye kadar bahsedilen piramitlerin tabanlarını değiştirerek, bazı daha karmaşık moleküler geometriler elde edilebilir. Örneğin, beşgen çift piramit, tabanı için bir beşgene sahiptir ve onu oluşturan bileşikler, genel formül AB _{7'ye sahiptir} .

Diğer moleküler geometriler gibi, B atomlarını serbest elektron çiftleriyle değiştirmek, geometriyi diğer şekillere çevirecektir.

Ayrıca AB ₈ bileşikleri , kare antiprizma gibi geometrileri benimseyebilir. Bazı geometriler, özellikle AB _7'den sonraki formüller için (AB _{12'ye kadar} ) çok karmaşık olabilir .

Moleküler geometri örnekleri

Ana moleküler geometrilerin her biri için aşağıda bir dizi bileşikten bahsedilecektir. Bir alıştırma olarak, tüm örnekler için Lewis yapıları çizilebilir ve elektronik geometri verildiğinde, moleküler geometrilerin aşağıda listelendiği gibi elde edilip edilmediğini onaylayabiliriz.

Doğrusal geometri

-Etilen, H ₂ C≡CH ₂

-Berilyum klorür, BeCl ₂ (Cl-Be-Cl)

-Karbon dioksit, CO ₂ (O = C = O)

-Nitrojen , N ₂ (N≡N)

-Cıva dibromür, HgBr ₂ (Br-Hg-Br)

-Triiyodid anyon, I ₃ ^- (III)

-Hidrosiyanik asit, HCN (HN≡C)

Açıları 180º olmalıdır ve bu nedenle sp hibridizasyonuna sahip olmalıdır.

Açısal geometri

- su

-Sülfür dioksit, SO ₂

-Nitrojen dioksit, NO ₂

-Ozone, O ₃

-Amide anyon, NH ₂ ^-

Üçgen düzlem

-Bromo triflorür, BF ₃

-Alüminyum triklorür, AlCl ₃

-Nitrat anyon, NO ₃ ^-

-Karbonat anyon, CO ₃ ^2–

dört yüzlü şekil

-Metan gazı, CH ₄

-Karbon tetraklorür, CCl ₄

-Ammonyum katyonu, NH ₄ ⁺

-Sülfat anyonu, SO ₄ ^2-

Üçgen piramit

-Amonia, NH ₃

-Katyon hidronyum, H ₃ O ⁺

Trigonal bipiramid

-Fosfor pentaflorür, PF ₅

-Antimony pentaklorür, SbF ₅

titreşen

Sülfür tetraflorür, SF ₄

T şekli

İyot triklorür, ICl ₃

-Klor triflorür, ClF ₃ (her iki bileşik de interhalojen olarak bilinir)

sekiz yüzlü cisim

-Sülfür hekzaflorür, SF ₆

Selenyum hekzaflorür, SeF ₆

-Heksaflorofosfat, PF ₆ ^-

Sonuç olarak, maddenin kimyasal veya fiziksel özelliklerinin gözlemlerini açıklayan şey moleküler geometridir. Bununla birlikte, elektronik geometriye göre yönlendirilir, bu nedenle ikincisi her zaman öncekinden önce belirlenmelidir.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 194-198.
2. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı, S. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.
3. Mark E. Tuckerman. (2011). Moleküler geometri ve VSEPR teorisi. Kurtarıldı: nyu.edu
4. Sanal Chembook, Charles E. Ophardt. (2003). Moleküler Geometriye Giriş. Alındığı kaynak: chemistry.elmhurst.edu
5. Kimya LibreTexts. (8 Eylül 2016). Moleküllerin Geometrisi. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı