Отблъскване на електронните двойки във валентния слой при 3 електронни облака

Ако искам да начертая точкова структура за борон трифлуорид, трябва да помисля за теорията VSEPR за отблъскване на електронните двойки във валентния слой. Валентните електрони ще се отблъскват взаимно и ще доведат до определена форма или геометрия на молекулата. Първо ще започнем с чертаенето на точковата структура. За борон трифлуорид, намирам борона на периодичната таблица. Той е в трета група. Има три валентни електрона. Флуорът е в седма група. Той има 7 валентни електрона. Имам три такива. 7*3 ми дава 21. 21 + 3 ми дава 24 валентни електрони, които трябва да отчетем в точковата си структура. Боронът е по-слабо електроотрицателен от флуора. Така че боронът ще отиде в центъра, ето така. И боронът е свързан с три флуоридни атома. Нека поставя тези три атома флуор ето така. Току-що представихме 6 валентни електрона. Това са 2, 4 и после 6. 24 - 6 ми дава 18 останали валентни електрона, за които трябва да помислим. Ще поставим тези останали електрони към крайните атоми, които в случая са атомите флуор. Флуорът следва октетното правило. Всеки флуорен атом сега е ограден от два валентни електрона. Тоест за да има пълен октет електрони, всеки атом флуор се нуждае от още 6. Ще поставя още шест валентни електрона към всеки от трите атома флуор. И 6*3 е 18. Току-що представихме още 18 валентни електрони. И сега сме готови. Представихме всички 24 валентни електрони в точковата си структура. И някои от вас може да си помислят, че боронът тук не следва октетното правило. И това е вярно. Но не е проблем боронът да не следва октетното правило. И за да помислим защо, нека поставим един формален заряд към нашия атом борон. Помни, всяка ковалентна връзка се състои от два електрона. Нека начертая тези електрони тук в синьо. И когато поставяш формален заряд, помни как да направиш това. Взимаш броя валентни електрони в свободните атоми, който е 3. От този брой изваждаш броя валентни електрони в свързания атом. Когато разгледаш връзките между борона и флуора, един от тези електрони отива към флуора. И един от тези електрони отива към борона. И можем да видим, че това е така за всички три от тези връзки. И сега боронът е ограден от три валентни електрона в свързания атом. 3 - 3 ти дава формален заряд от 0. Помни, целта е да минимизираме формалния заряд, когато чертаем точковите структури. И това тук е напълно приемлива точкова структура, въпреки че боронът няма един октет. Боронът може да е ограден от 8 електрона. И дори в някои учебници ще видиш, че една от тези свободни двойки електрони на един от тези атоми флуор може да се премести тук и да огради борона с 8 електрона, давайки му октет. И това не е проблем. Това ще даде на борона формален заряд. И това не е проблем. И може да допринесе за цялостната структура на тази молекула. Но за нашите цели просто ще се придържаме с тази точкова структура. Нека начертая това отново. И ще го начертая малко по-различно, когато говорим за следващата ни стъпка при прогнозирането на формата. Нека поставя свободните двойки електрони към флуора. И нека помислим за стъпка 2. Ще преброим броя електронни облаци, които ограждат централния атом. Помни, електронните облаци са или свързващите електрони, или несвързващите електрони – валентните електрони във връзките или в свободните двойки – просто области електронна плътност, които могат да се отблъскват взаимно. Ако гледам централния атом, който е борон, виждам, че тук има няколко електрона. Това е един електронен облак. Тези електрони тук също обитават един електронен облак. И после имам друг електронен облак ето тук. Имам три електронни облака, които ще се отблъскват взаимно. И това ни позволява да прогнозираме геометрията на тези електронни облаци около този централен атом. Те ще се опитат да се отдалечат колкото е възможно повече един от друг. Оказва се, че това се случва, когато тези електронни облаци са на една и съща равнина. Ще начертая един лист хартия, една равнина. И ще поставим атома борон в центъра. И това е един от електронните ни облаци. И това е още един, а това е третият. И те ще се отдалечат един от друг толкова, колкото е възможно. Наричаме тази форма триъгълно равнинна. Нека запиша това тук. Това е триъгълно равнинна геометрия на електронните облаци, които ограждат централния ми атом. И след като нямаме свободни двойки електрони, за които да се тревожим, на централния атом, можем да прогнозираме геометрията на тази молекула като същата като геометрията на електронния облак. Тоест молекулата също има триъгълно равнинна форма. А когато помислим за ъглите между връзките? Най-лесният начин да помислим какъв е ъгълът между връзките на триъгълно равнинна форма, или как ще прогнозираме ъгъла между връзките, е да помислиш за една окръжност. И след като електронните се отблъскват един друг равномерно, искаш да разделиш окръжността си на три еквивалентни ъгъла. 360 градуса делено на 3 е 120. И можеш да помислиш за всички тези ъгли между връзките като за 120-градусови. И можеш да помислиш, че тези електронни облаци се отблъскват един друг равносилно. Имаме триъгълно равнинна геометрия с ъгъл между връзките от 120 градуса. Три електронни облака. Нека направим друг пример за молекула, която има три електронни облака – в този случай, серен диоксид. Серен диоксид. Нека преброим броя валентни електрони. Сярата е в шеста група, шест валентни електрони. Кислородът също е в шеста група. 6*2 е, разбира се, 12. 12 + 6 е 18. Имаме 18 валентни електрони за точковата си структура. Сярата е по-слабо електроотрицателна, нали? Ако погледнеш периодичната таблица, сярата е под кислорода. Така че сярата ще отиде в центъра. Сярата е свързана с два кислородни атома, ето така. Това представлява четири валентни електрона. Това са два. А това са още два. 18 - 4 е 14 останали валентни електрона. Ще започнем да назначаваме някои от останалите електрони към крайните атоми, които са кислородните атоми. Кислородът ще следва октетното правило. Следователно всеки кислороден атом получава още шест електрона, за да дадем октет на всеки кислороден атом. Ще направим това. Току-що представих още 12 валентни електрона. Шест на всеки кислороден атом. 14 - 12 е 2 валентни електрона. Имам останали два валентни електрона. Помни, когато имаш останали валентни електрони, тогава ги поставяш на централния атом. Поставяме тези два валентни електрона тук на централния атом, ето така. Не сме напълно готови с точковата структура, понеже сярата няма октет. Това е един начин да разсъждаваме. Можеш да помислиш и за формалния заряд. Формалният заряд на сярата в тази точкова структура не е минимизиран. Трябва да споделим няколко електрона, нали така? Да кажем – нека направя тези сини. Мога да взема една свободна двойка електрони от всеки кислороден атом. И ще кажа, че взимаме свободна двойка електрони от този кислороден атом и ще ги преместя тук, за да създам двойна връзка между сярата и кислорода. Ако направя това, сега имам двойна връзка между сярата и кислорода. Кислородът сега има само две свободни двойки електрони около себе си. Кислородът вляво все още има три свободни двойки електрони около себе си, ето така. Сярата все още има една свободна двойка електрони около себе си тук, в центъра. Ако поставим формалните заряди – нека направим това набързо. Знаем, че тук в тези връзки имаме електрони. И ако поставим формален заряд към кислорода вляво – нека направим първо този, този кислороден атом вляво. Кислородът обикновено има 6 валентни електрона в свободния атом. И в точковата ни структура даваме един от тези електрони в синьо на кислорода и един на сярата. Можеш да видиш, че кислородът е ограден от 7 валентни електрона. Това е малко по-трудно да се види, така че нека го отбележа. 6 - 7 ни дава формален заряд от -1 за този кислороден атом. И когато направим същия формален заряд за сярата, виждаме, че сярата е оградена от 5 валентни електрона. Сярата е в шеста група. В свободния атом има 6 електрона. 6 - 5 ни дава формален заряд от +1. Имаме формален заряд от +1 в сярата, формален заряд от -1 в този кислороден атом. И въпреки че нямаме формален заряд от 0 на тези атоми, това е толкова добре, колкото може да се получи, що се отнася до представяне на молекулата тук. Друго нещо, за което да помислим, е фактът, че не трябва да взема свободната двойка електрони от този атом кислород. Можех да взема свободната двойка електрони оттук, от този кислороден атом. И това ще е друга резонансна структура на това. И не искам да навлизам в детайли за резонансни структури и формален заряд. Говорихме за тях в по-ранни видеа. Изгледай ги. Но това е крайната ни точкова структура. Нека я начертая отново. Това е една от възможните точкови структури, които можеш да начертаеш за серния диоксид, която изпълнява правилата ни за чертаене на точкови структури. Нека поставя тези валентни електрони, за да можем да виждаме малко по-добре. Ще оставя формалните заряди настрана, понеже се фокусираме само върху геометрията. Интересува ни теорията VSEPR за отблъскване на електронните двойки. Имаме точковата си структура. Връщаме се обратно нагоре, за да проверим стъпките си за прогнозиране на формата. И сега ще преброим броя електронни облаци, които ограждат централните атоми, областите електронна плътност, които могат да са валентните електрони във връзките, свързващите електрони, или несвързващите електрони, като свободни двойки електрони. Ако погледнем централния атом, който е сяра, да видим дали можем да преброим електронните облаци. Това тук е един електронен облак. Това е една област електронна плътност. Имаме един електронен облак. Тук вдясно, тази двойна връзка, можем да я приемем за един електронен облак. Сега не се тревожим за броя електрони, просто за областите от електрони. И за пръв път сега имаме свободна двойка електрони. И можем също да помислим за нея като че заема един електронен облак. Имаме три електронни облака. В предишния пример видяхме, че когато имаш три електронни облака, електронните облаци ще опитат да заемат триъгълно равнинна форма. Мога да начертая точковата структура отново и да опитам да я покажа в по-триъгълно равнинна форма. Нека покажем как изглежда – отново, не ни интересува чертаенето на формалните заряди – структурата е подобна на това. Нека поставя тези електрони в нашата орбитала, така че да можем да видим електронния облак по-добре. Отново, нашите електронни облаци са в триъгълно равнинна геометрия. Можем да очакваме ъглите между връзките да са приблизително 120 градуса, нали така? Нека поставя това тук. Приблизително 120 градуса. Това вероятно е малко по-малко от това. Но това бихме прогнозирали за геометрията на електронния облак. Връщаме се обратно и поглеждаме правилата, стъпките за прогнозиране на формите на молекулите. Направихме стъпка 3, нали така? Прогнозирахме геометрията на електронните облаци около централния атом. И сега преминаваме към стъпка 4. Ще игнорираме всички свободни двойки в централния атом, когато прогнозираме геометрията на цялостната молекула. И това се отнася за този пример тук. Ще игнорираме тази свободна двойка електрони на сярата. И ще игнорираме тази свободна двойка електрони, когато говорим за формата на молекулата. Въпреки че електронните облаци имат триъгълно равнинна геометрия, казваме, че формата на молекулата има извита или ъглова форма. Ако погледнеш това, ако разгледаш атомите, ако игнорираш свободните двойки и погледнеш атомите, виждаш тази извита или ъглова форма тук. И казваме, че формата на молекулата е такава. Можеш да кажеш, че е извита, можеш да кажеш, че е ъглова. Това са два примера за молекули с три електронни облака. И, помни, това не е просто броят електронни облаци. Трябва да игнорираш свободните двойки електрони, за да прогнозираш крайната форма на молекулата.