Отблъскване на електронните двойки във валентния слой при 4 електронни облака

Нека намерим формата на молекулата метан, като използваме теорията VSERP за отблъскване на електронните двойки във валентния слой. Първото нещо, което правиш, е да начертаеш точкова структура, за да покажеш валентните електрони. За метана въглеродът е в четвърта група. 4 валентни електрона. Водородът е в първа група и имам 4 такива, тоест 1*4 е 4, +4 е 8 валентни електрона, които трябва да покажем в точковата си структура. Въглеродът отива в центъра и въглеродът е свързан с 4 водородни атома. Тоест мога да поставя въглеродните си атоми тук, ето така. И това е много проста точкова структура. Вече показахме всички 8 от валентните си електрони. Нека ги подчертая. 2, 4, 6 и 8. Въглеродът има един октет и сме готови. Следващото нещо, което правим, е да преброим броя облаци, които ограждат централния атом. Помни, електронните облаци са области електронна плътност. Можем да помислим за тези свързващи електрони като електронни облаци. Това е един електронен облак. Това тук долу е друг. И тук има още един. И, после, накрая, тук има още един. Имаме 4 електронни облаци, които ограждат централния атом. Следващата стъпка е да прогнозираме геометрията на електронните облаци около централния атом. Теорията VSEPR ни казва, че тези валентни електронни ще се отблъснат взаимно, след като са отрицателно заредени. И, следователно, те ще опитат да се отдалечат колкото е възможно повече един от друг. Когато имаш 4 електронни облаци, електронните облаци са колкото е възможно по-отдалечени един от друг, ако сочат към, разбира се, един четиристен, което е четиристранна фигура. Нека начертая молекулата тук. Да начертая молекулата метан. Ще опитам да я покажа в четиристенна геометрия. И ще ти покажа как изглежда един четиристен. Това е бърза скица как изглежда молекулата. Нека нарисувам четиристена ето тук, за да разбереш формата му малко по-добре. Четиристранна фигура. Готово. Нещо такова. И можеш да помислиш за ъглите на четиристена като приблизително местата, където се намират водородните атоми, а това ти дава малко по-добра нагледна картина за този четиристен, тази четиристранна фигура. И създадохме геометрията на електронните облаци около централния атом. В стъпка 4 игнорираме всички свободни двойки около централния атом, като тук нямаме николко такива. И следователно геометрията на молекулата е същата като геометрията на електронните двойки. Можем да кажем, че метанът е четиристенна молекула. А що се отнася до ъгли на връзката... Целта ни е да намерим какви са ъглите на връзката в една четиристенна молекула. Оказва се, че са 109,5 градуса в пространството. Така тези свързващи електрони са колкото е възможно по-отдалечени един от друг, чрез използване на теорията за отблъскване на електронните двойки. 109,5 градуса е идеалният ъгъл на връзката за една четиристенна молекула. Нека направим друг пример. Нека разгледаме амоняка. Имаме NH3. Първо трябва да начертаем точковата структура. Започваме като откриваме валентните електрони. Азотът е в пета група. 5 валентни електрона. Водородът е в първа група и имам три такива. 1*3 + 5 е 8. Отново, имаме 8 валентни електрона, за които трябва да помислим. Поставяме азота в центъра и знаем, че азотът е свързан с 3 водородни атома, поставяме трите водородни атома тук, ето така. Да видим колко валентни електрона сме използвали дотук. 2, 4 и 6. 8 - 6 е 2 останали валентни електрона. Не можем да ги поставим към крайните атоми, понеже водородните атоми вече са оградени от 2 електрона. Поставяме тези два валентни електрона към централния атом, който е азот, ето така. И сега представихме тези два валентни електрона. В точковата си структура показахме всички 8 валентни електрона. Връщаме се обратно към стъпките си, за да си припомним какво правим, след като сме начертали точковата си структура. И можем да видим, че сега ще помислим за електронните облаци, които ограждат централния атом. Области електронна плътност. И нека ги намерим. Мога да видя, че имам тези свързващи електрони. Това е една област на електронна плътност, така че това е един електронен облак. Тук има още един. Това са два. Тук е още един. Това са три. И тази свободна двойка електрони, тази несвързваща двойка електрони, също ще е преброена като електронен облак. Тя също е една област електронна плътност. И отново имаме 4 области електронна плътност. Когато мислиш за геометрията на тези електрони облаци, тези четири електронни облака, отново, те ще опитат да сочат към ъглите на един четиристен. Можем да скицираме молекулата амоняк. И можем да начертаем основата така, както направихме преди, като имаме три водородни атома ето тук. И после ще поставим една свободна двойка електрони ето тук. И, отново, това е опит да покажем електронните облаци в четиристенна геометрия. Нека се върнем тук горе и отново да погледнем стъпките си. В стъпка 3 прогнозирахме геометрията на електронните облаци като четиристенна форма около централния атом. Но когато говорим за геометрията, или формата, на молекулата, ще игнорираме всички свободни двойки, когато прогнозираме геометрията на молекулата. Когато погледнем молекулата на амоняка, ще игнорираме тази свободна двойка електрони, която е отгоре на азота и просто ще се фокусираме върху долната част за тази форма. И когато направим това, получаваме нещо, което изглежда като пирамида. Ако ще игнорирам тази свободна двойка електрони тук горе, това ще изглежда с подобна форма. Наричаме това тристенна пирамидална форма. Това е тристенна пирамидална форма. Въпреки че електронните облаци опитват да са в четиристенен модел, формата е по-скоро тристенно пирамидална, понеже игнорираме всички свободни двойки електрони. Що се отнася до ъгъл на връзката, тази свободна двойка електрони на азота заема повече пространство. Тези несвързващи електрони заемат малко повече място, отколкото свързващите електрони. И поради това, тези несвързващи електрони ще отблъснат тези свързващи електрони. Ще ги поставя в синьо тук, просто като пример. Отблъскват тези малко повече, отколкото предишния пример, който видяхме. И това ще направи ъгъла на връзката малко по-малък от идеалния свързващ ъгъл, който видяхме, 109,5 за четиристенно подреждане на електронните облаци. И се оказва, че този ъгъл на връзката между атомите, ъгълът на връзката водород-азот-водород, става малко по-малък от 109,5. Всъщност става по-малък до приблизително 107 градуса за тристенно пирамидална ситуация. Нека направим още един пример. Нека се заемем с една молекула вода. Имаме Н2О. И, за да следваме стъпките си, знаем, че водородът е в първа група. Имам два такива. И знаем, че кислородът е в шеста група. 6 + 2 е, отново, 8 валентни електрона, които трябва да представим в тази точкова структура. И поставяме кислородния атом в центъра. Кислородният атом е свързан с два водородни атома, така че ги чертаем тук. И, да видим, колко валентни електрона сме представили дотук? Това са 2, това са 4. 8 - 4 са 4 останали валентни електрона. Първо мислим да ги поставим върху крайните атоми, но това са водородните атоми, които вече са доволни с два електрона. Така че поставяме тези четири валентни електрона върху централния атом, който е кислород. И четири валентни електрона означава две свободни двойки електрони. И представихме всички 8 валентни електрона за водата. Следващата ни стъпка е, разбира се, да преброим колко електронни облака има около централния атом. Отново, можем да помислим за тези свързващи електрони като за един електронен облак. Тези свързващи електрони са електронен облак, тези несвързващи електрони, като свободни двойки в един електронен облак и същото нещо важи за тези несвързващи електрони, електронен облак и тук. И отново имаме 4 електронни облака. И тези четири електронни облака ще опитат да са в четиристенно подреждане около централния атом. Като използваме теорията VSEPR, знаем, че ще се отблъснат взаимно и ще се отдалечат колкото е възможно повече един от друг. Нека начертая молекулата отново. Нека продължим. Имаме нашата молекула вода и имаме свободните двойки електрони. И в този случай имаме две свободни двойки електрони. Помни, свободните двойки или несвързващите електрони ще заемат малко повече пространство от свързващите електрони. И следователно ще отблъснат тези електрони ето тук малко повече. И това ще направи ъгъла на връзката още по-малък, отколкото преди. Тоест той ще е дори по-малък от 107 градуса. И този ъгъл на връзката тук... ще го видиш записан като приблизително 104,5 градуса, или някои учебници ще го дават 105 градуса. Това са приблизителните градуси. Що се отнася до геометрията на молекулата... Геометрията на електронните облаци се е, отново, четиристенна, но геометрията на молекулата е различна, понеже игнорираш свободните двойки електрони. И когато погледнеш формата, ако гледаш формата на това – ще начертая формата ето тук. Ако игнорираш свободните двойки електрони, тя изглежда ето така. И сме виждали тази форма преди. Това е извита или ъглова. Казваме, че геометрията на молекулата на водата е извита или ъглова с приблизително 104,5-градусов ъгъл на връзката. Това са няколко примера за четири електронни облака и как да намерим геометрията, докато същевременно мислим за ъглите на връзката.