Voorspelling van de geometrische vorm van de deeltjes

THEMA 6. Voorspelling van de geometrische vorm van de deeltjes.
Gesprek:

1. Welke eigenschappen van de covalente binding zijn je bekend?

2. Welke eigenschap van de covalente binding bepaalt de ruimtelijke configuratie (geometrie) van de deeltjes?
   Voor de beschrijving van de ruimtelijke structuur van moleculen is het handigste om het model van hybride orbitalen te gebruiken, voorgesteld door de Amerikaanse wetenschapper L. Pauling.

3. Wat is de hybridisatie van atomaire orbitalen?

4. Welke types hybridisatie zijn je bekend?

II. Algemene bespreking en systematisering van de kennis van de leerlingen.

1. Taken voor zelfstandig werk: Bekijk de ruimtelijke configuratie van de deeltjes:

2. Berylliumfluoride – BeF2.
   Afbeelding 1. Elektronische structuur van het berylliumfluoride-molecuul.
   sp-hybridisatie AO; 2 σ-bindingen
   Het BeF2-molecuul is lineair, de valentiehoek is 180°.

3. Boortrichloride – BCl3.
   Afbeelding 2. Elektronische structuur van het boortrichloride-molecuul.
   sp2-hybridisatie AO; 3 σ-bindingen
   Het BCl3-molecuul is vlak, driehoekig, de valentiehoek is 120°.

4. Methaan – CH4.
   Afbeelding 3. Elektronische structuur van het methaanmolecuul.
   sp3-hybridisatie AO; 4 σ-bindingen
   Het CH4-molecuul is tetraëdrisch, de valentiehoek is 109°28’.

5. Ammoniak – NH3.
   Afbeelding 4. Elektronische structuur van het ammoniakmolecuul.
   sp3-hybridisatie AO; 3 σ-bindingen
   Het NH3-molecuul heeft de vorm van een regelmatige piramide, de valentiehoek is 107°3’.

6. Water – H2O.
   Afbeelding 5. Elektronische structuur van het watermolecuul.
   sp3-hybridisatie AO; 3 σ-bindingen
   Het H2O-molecuul is hoekig, de valentiehoek is 104°5’.

7. Etheen – C2H4.
   Afbeelding 6. Elektronische structuur van het etheenmolecuul.
   sp2-hybridisatie AO
   Het C2H4-molecuul is vlak, driehoekig, de valentiehoek is 120°.

8. Verbetering van de vaardigheden om het type van hybridisatie van atomaire orbitalen en de geometrie van de deeltjes te bepalen.
   Opdracht. Voor het bepalen van de moleculaire structuur in de gasfase wordt soms de methode van elektronografie gebruikt, die het mogelijk maakt de interatomische afstanden in een molecuul te vinden op basis van de intensiteit van de elastische verstrooiing van elektronen. Volgens experimentele gegevens zijn de interatomische afstanden in het molecuul NCl3 gelijk aan r(N-Cl) = 0,176 nm, r(Cl-Cl) = 0,283 nm. Bepaal welke geometrische figuur de atoomkernen in dit molecuul vormen. Welk type hybridisatie van het centrale atoom beschrijft de structuur van dit molecuul?

Oplossing: Alle drie de N-Cl-bindingen in het molecuul NC13 zijn gelijk. Het molecuul kan de vorm van een gelijkzijdige driehoek hebben, als het stikstofatoom zich in het vlak bevindt dat door de drie chlooratomen wordt gevormd:
Afbeelding 7. Elektronische structuur van het stikstofchloridemolecuul.
Als het stikstofatoom zich buiten dit vlak bevindt, heeft het molecuul de vorm van een driehoekige piramide.
In het eerste geval is de hoek tussen de bindingen ∠Cl-N-Cl = 120°, in het tweede geval ∠Cl-N-Cl ≠ 120°.
Om deze hoek te berekenen, beschouwen we de gelijkbenige driehoek ΔCl-N-Cl.
Volgens de cosinusstelling:
r(Cl-Cl)² = r(N-Cl)² + r(N-Cl)² - 2r(N-Cl)²cos(∠Cl-N-Cl), waaruit
cos(∠Cl-N-Cl) = 1 - 0,283²/(2·0,176²) = -0,293; cos(∠Cl-N-Cl) = 107°.
Dit betekent dat het molecuul een driehoekige piramide is. Het centrale stikstofatoom bevindt zich in sp-hybridisatie.
Antwoord: driehoekige piramide.
sp3-hybridisatie.

III. Samenvatting van de les. Huiswerk.

1. Bekijk de ruimtelijke configuratie van de deeltjes SF6, BF3, C2H2.

2. Los de opdracht op: volgens de gegevens van het elektronografische experiment zijn de interatomische afstanden in het molecuul BI3 gelijk: r(B-I) = 0,210 nm. Bepaal welke geometrische figuur de atoomkernen in dit molecuul vormen. Stel het type hybridisatie van het centrale atoom vast.