Forutseelse av partikkelformens geometri

TEMA 6. Forutsigelse av partikkelens geometriske form.
Samtale:

1. Hvilke egenskaper ved kovalente bindinger kjenner du til?

2. Hvilken egenskap ved kovalente bindinger bestemmer den romlige konfigurasjonen (geometrien) til partikler?
   For å beskrive molekylers romlige struktur er det mest hensiktsmessig å bruke modellen for hybridisering av atomorbitaler, foreslått av den amerikanske forskeren L. Pauling.

3. Hva er hybridisering av atomorbitaler?

4. Hvilke typer hybridisering kjenner du til?

II. Oppsummering og systematisering av elevenes kunnskaper.

1. Oppgaver for selvstendig arbeid: Undersøk den romlige konfigurasjonen til følgende partikler:

2. Berylliumfluorid – BeF₂.
   Figur 1. Elektronstruktur til molekylet berylliumfluorid.

sp-hybridisering av AO; 2 σ-bindinger
Molekylet BeF₂ er lineært, bindingsvinkelen er 180°.

2. Bortriklorid – BCl₃.
   Figur 2. Elektronstruktur til molekylet bortriklorid

sp²-hybridisering av AO; 3 σ-bindinger
Molekylet BCl₃ er plant, trekantet, bindingsvinkelen er 120°.

3. Metan – CH₄.
   Figur 3. Elektronstruktur til molekylet metan

sp³-hybridisering av AO; 4 σ-bindinger
Molekylet CH₄ er tetraedrisk, bindingsvinkelen er 109°28′.

4. Ammoniakk – NH₃.
   Figur 4. Elektronstruktur til molekylet ammoniakk

sp³-hybridisering av AO; 3 σ-bindinger
Molekylet NH₃ har formen til en regulær pyramide, bindingsvinkelen er 107°3′.

5. Vann – H₂O.
   Figur 5. Elektronstruktur til molekylet vann

sp³-hybridisering av AO; 3 σ-bindinger
Molekylet H₂O er vinklet, bindingsvinkelen er 104°5′.

6. Etylen – C₂H₄.
   Figur 6. Elektronstruktur til molekylet etylen

sp²-hybridisering av AO
Molekylet C₂H₄ er plant, trekantet, bindingsvinkelen er 120°.

2. Videreutvikling av ferdigheter i å bestemme type hybridisering av atomorbitaler og partiklers geometri.
   Oppgave. For å bestemme strukturen til molekyler i gassfase brukes noen ganger elektronografimetoden, som gjør det mulig å finne avstanden mellom kjernene i et molekyl basert på intensiteten av elastisk spredning av elektroner.
   Ifølge eksperimentelle data er avstandene mellom kjernene i molekylet NCl₃ følgende:
   r(N–Cl) = 0,176 nm, r(Cl–Cl) = 0,283 nm.
   Bestem hvilken geometrisk figur atomkjernene i dette molekylet danner. Hvilken type hybridisering av sentralatomet forklarer denne molekylstrukturen?

Løsning: Alle tre N–Cl-bindingene i molekylet NCl₃ er like.
Molekylet kan ha formen til en likesidet trekant dersom nitrogenatomet befinner seg i planet som dannes av de tre kloratomer:
Figur 7. Elektronstruktur til molekylet nitrogentriklorid
Dersom nitrogenatomet ligger utenfor dette planet, har molekylet form som en trekantet pyramide.

I det første tilfellet er vinkelen mellom bindingene ∠Cl–N–Cl = 120°, i det andre tilfellet ∠Cl–N–Cl ≠ 120°.
For å finne denne vinkelen betrakter vi den likebente trekanten ΔCl–N–Cl.
Ifølge cosinussetningen:
r(Cl–Cl)² = r(N–Cl)² + r(N–Cl)² – 2·r(N–Cl)²·cos(∠Cl–N–Cl), hvorfra
cos(∠Cl–N–Cl) = 1 – 0,283² / (2·0,176²) = –0,293
∠Cl–N–Cl ≈ 107°

Dette betyr at molekylet har form som en trekantet pyramide.
Det sentrale nitrogenatomet befinner seg i sp³-hybridiseringstilstand.
Svar: trekantet pyramide.
sp³-hybridisering.

III. Oppsummering av timen. Lekse.

1. Undersøk den romlige konfigurasjonen til partiklene SF₆, BF₃, C₂H₂.

2. Løs oppgaven: Ifølge elektronografiske eksperimentdata er avstanden mellom kjernene i molekylet BI₃ følgende: r(B–I) = 0,210 nm.
   Bestem hvilken geometrisk figur atomkjernene i dette molekylet danner. Fastslå hybridiseringstypen til det sentrale atomet.