A molekulák térbeli szerkezetének meghatározása és az atomorbitálok hibridizációja

TÉMA6. A részecskék geometriai alakjának előrejelzése.
Beszélgetés:

1. Milyen kovalens kötési tulajdonságokat ismer?

2. Melyik kovalens kötési tulajdonság határozza meg a részecskék térbeli konfigurációját (geometriáját)?
   A molekulák térbeli szerkezetének leírásához a legkényelmesebb az atomorbitálék hibridizációs modelljét használni, amelyet az amerikai tudós, L. Pauling javasolt.

3. Mi az atomorbitálék hibridizációja?

4. Milyen típusú hibridizációkat ismer?

II. A tanulók tudásának összegzése és rendszerezése.

1. Önálló munkára vonatkozó feladatok: Vizsgálja meg a részecskék térbeli konfigurációját:

2. Berillium-fluorid – BeF2.
   Ábra 1. A berillium-fluorid molekula elektron szerkezete.

sp-hibridizáció AO; 2 σ-kötés
A BeF2 molekula lineáris, a kötési szög – 180°.

2. Bór-klorid – BCl3.
   Ábra 2. A bór-klorid molekula elektron szerkezete

sp2-hibridizáció AO; 3 σ-kötés
A BCl3 molekula lapos, háromszög alakú, a kötési szög – 120°.

3. Metán – CH4.
   Ábra 3. A metán molekula elektron szerkezete

sp3-hibridizáció AO; 4 σ-kötés
A CH4 molekula tetraéderes, a kötési szög – 109°28'.

4. Ammónia – NH3.
   Ábra 4. Az ammónia molekula elektron szerkezete

sp3-hibridizáció AO; 3 σ-kötés
Az NH3 molekula szabályos piramis alakú, a kötési szög – 107°03'.

5. Víz – H2O.
   Ábra 5. A víz molekula elektron szerkezete

sp3-hibridizáció AO; 3 σ-kötés
A H2O molekula szögletes, a kötési szög – 104°05'.

6. Etilén – C2H4.
   Ábra 6. Az etilén molekula elektron szerkezete

Sp2-hibridizáció AO
A C2H4 molekula lapos, háromszög alakú, a kötési szög – 120°.

2. A tudás fejlesztése az atomorbitálék hibridizációjának és a részecskék geometriájának meghatározásában.
   Feladat. A molekulák szerkezetének meghatározásához gázfázisban néha elektronográfiai módszert alkalmaznak, amely lehetővé teszi a molekulán belüli atommagok közötti távolságok meghatározását az elektronok rugalmas szóródásának intenzitása alapján. Kísérleti adatok alapján a NCl3 molekulában az atommagok közötti távolságok: r(N-Cl) = 0,176 nm, r(Cl-Cl) = 0,283 nm. Határozza meg, milyen geometriai alakot alkotnak az atommagok ebben a molekulában. Milyen típusú hibridizációs állapotot képvisel a központi atom a molekula szerkezetének leírásához?
   Megoldás: Az összes N-Cl kötés a NCl3 molekulában azonos. A molekula egyenlő oldalú háromszög alakú lehet, ha a nitrogénatom a három klóratommóddal képezett síkban helyezkedik el:
   Ábra 7. Az azot-klorid molekula elektron szerkezete
   Ha a nitrogénatom ezen a síkon kívül helyezkedik el, akkor a molekula háromszög piramis alakú.
   Az első esetben a kötés szöge ∠Cl-N-Cl = 120°, a második esetben ∠Cl-N-Cl ≠ 120°.
   Ezen szög meghatározásához vizsgáljuk meg az egyenlő oldalú háromszöget
   ΔCl-N-Cl.
   A koszinusz tétel alapján:
   r(Cl-Cl)² = r(N-Cl)² + r(N-Cl)² – 2r(N-Cl)²cos(∠Cl-N-Cl),
   ahonnan
   cos(∠Cl-N-Cl) = 1 – 0,283² / (2·0,176²) = -0,293; cos(∠Cl-N-Cl) = 107°
   Ez azt jelenti, hogy a molekula háromszög piramis alakú. A központi nitrogénatom sp-hibridizációs állapotban van.
   Válasz: háromszög piramis.
   sp3-hibridizáció.

III. Az óra összegzése. Házi feladat.

1. Vizsgálja meg a SF6, BF3, C2H2 részecskék térbeli konfigurációját.

2. Oldja meg a feladatot: az elektronográfiai kísérlet alapján a BI3 molekulában az atommagok közötti távolságok: r(B-I) = 0,210 nm. Határozza meg, milyen geometriai alakot alkotnak az atommagok ebben a molekulában. Határozza meg a központi atom hibridizációs típusát.