Předpovídání geometrického tvaru částic

TÉMA 6. Předpověď geometrického tvaru částic.
Rozhovor:

1. Jaké vlastnosti kovalentní vazby znáte?

2. Která vlastnost kovalentní vazby určuje prostorovou konfiguraci (geometrii) částic?
   Pro popis prostorové struktury molekul je nejvhodnější použít model hybridizace atomových orbitalů, který navrhl americký vědec L. Pauling.

3. Co je to hybridizace atomových orbitalů?

4. Jaké typy hybridizace znáte?

II. Shrnutí a systematizace znalostí žáků.

1. Úkoly pro samostatnou práci: Prohlédněte si prostorovou konfiguraci částic:

2. Fluorid beryllia – BeF2.
   Obrázek 1. Elektronová struktura molekuly fluoridu beryllia.

sp-hybridizace AO; 2 σ-vazby
Molekula BeF2 je lineární, vazebný úhel je 180°.

2. Chlorid boru – BCl3.
   Obrázek 2. Elektronová struktura molekuly chloridu boru.

sp2-hybridizace AO; 3 σ-vazby
Molekula BCl3 je plochá, trojúhelníková, vazebný úhel je 120°.

3. Methan – CH4.
   Obrázek 3. Elektronová struktura molekuly methanu.

sp3-hybridizace AO; 4 σ-vazby
Molekula CH4 je tetraedrická, vazebný úhel je 109°28΄.

4. Amoniak – NH3.
   Obrázek 4. Elektronová struktura molekuly amoniaku.

sp3-hybridizace AO; 3 σ-vazby
Molekula NH3 má tvar pravidelné pyramidy, vazebný úhel je 107°3΄.

5. Voda – H2O.
   Obrázek 5. Elektronová struktura molekuly vody.

sp3-hybridizace AO; 3 σ-vazby
Molekula H2O je úhlová, vazebný úhel je 104°5΄.

6. Ethylen – C2H4.
   Obrázek 6. Elektronová struktura molekuly ethylenu.

sp2-hybridizace AO
Molekula C2H4 je plochá, trojúhelníková, vazebný úhel je 120°.

2. Zdokonalení dovedností určovat typ hybridizace atomových orbitalů a geometrii částic.
   Úkol. Pro určení struktury molekul v plynném stavu se někdy používá metoda elektronografie, která umožňuje nalézt mezijaderné vzdálenosti v molekule podle intenzity elastického rozptylu elektronů. Podle experimentálních dat mezijaderné vzdálenosti v molekule NCl3 jsou r(N-Cl) = 0,176 nm, r(Cl-Cl) = 0,283 nm. Určete, jaký geometrický tvar vytvářejí jádra atomů v této molekule. Jaký typ hybridizace centrálního atomu popisuje tuto strukturu molekuly?

Řešení: Všechny tři vazby N-Cl v molekule NCl3 jsou stejné. Molekula může mít tvar pravidelného trojúhelníku, pokud je atom dusíku v rovině tvořené třemi atomy chloru:
Obrázek 7. Elektronová struktura molekuly chloridu dusíku.

Pokud je atom dusíku mimo tuto rovinu, molekula má tvar trojúhelníkové pyramidy.
V prvním případě je úhel mezi vazbami ∠Cl-N-Cl = 120°, ve druhém případě ∠Cl-N-Cl ≠ 120°.
Pro výpočet tohoto úhlu uvažujme rovnoramenný trojúhelník
ΔCl-N-Cl.
Podle kosinové věty:
r(Cl-Cl)² = r(N-Cl)² + r(N-Cl)² – 2·r(N-Cl)²·cos(∠Cl-N-Cl), odkud
cos(∠Cl-N-Cl) = 1 – 0,283² / (2·0,176²) = –0,293; cos(∠Cl-N-Cl) = 107°.
To znamená, že molekula má tvar trojúhelníkové pyramidy. Centrální atom dusíku je ve stavu sp3-hybridizace.
Odpověď: trojúhelníková pyramida.
sp3-hybridizace.

III. Shrnutí hodiny. Domácí úkol.

1. Prohlédněte si prostorovou konfiguraci částic SF6, BF3, C2H2.

2. Vyřešte úkol: Podle dat z elektronografického experimentu jsou mezijaderné vzdálenosti v molekule BI3 r(B-I) = 0,210 nm. Určete, jaký geometrický tvar vytvářejí jádra atomů v této molekule. Určete typ hybridizace centrálního atomu.