Геометрія молекул (стр. 2 из 2)
Дві електронні пари мають лінійну конфігурацію, якщо обидві пари електронів зв’язуючі. Наприклад,
Сl – Ве – Сl. (1)
3-хелектронні пари:
а) якщо вони зв’язуючі (молекула АХ3), то утворюють плоску форму у вигляді правильного трикутника. Наприклад, BF3
(2)б) молекули типу АХ2Е (з пари електронів, з яких 2 зв’язуючі, 1 неподілена) мають кутову форму. Наприклад, SnCl2 в газовій фазі
4-електронні пари:
а) молекули типу АХ4 (всі пари зв’язуючі) утворюють тетраедр, наприклад, СН4:
(4)б) молекули типу АХ3Е (є одна неподілена пара електронів) мають пірамідальну форму, наприклад, NH3:
(5)в) молекули типу АХ2Е2 (з двома неподіленими парами) мають кутову форму, причому неподілені пари електронів направлені до вершин тетраедра, наприклад, Н2О:
(6)5-електронні пари:
а) молекули типу АХ5 мають тригонально-біпірамідальну конфігурацію, наприклад, PCl5:
(7)б) молекули типу АХ4Е теж мають тригонально-біпірамідальну конфігурацію, в якій місце одного атома займає неподілена пара електронів, при цьому можливі два нееквівалентні положення цієї пари: неподілена електронна пара в екваторіальній площині біпіраміди, або направлена у одну з вершин біпіраміди.
Встановлено, що неподілені пари розміщені в екваторіальній площині, тому молекули типу АХ4Е мають конфігурацію спотвореного тетраедра або дисфоноїда. Наприклад, TeCl4:
(8)в) в молекулах типу АХ3Е2 обидві неподілені пари електронів розташовані в екваторіальній площині і молекула має Т-подібну форму. Наприклад, ClF3:
(9)г) молекули типу АХ2Е3 мають лінійну форму, тому що всі три неподілені електронні пари розміщені в екваторіальній площині. Наприклад, ICl2:
(10)6-електронні пари:
а) молекули типу АХ6 мають октаедричну форму. Наприклад, SF6:
(11)б) молекули типу АХ5Е мають конфігурацію квадратної піраміди (шосту вершину октаедра займає неподілена електронна пара). Наприклад, IF5:
(12)в) молекули типу АХ4Е2 можуть мати дві конфігурації, оскільки неподілені електронні пари можуть знаходитися одна відносно другої в цис- (тобто екваторіальному) або транс- (у вершинах октаедра) положенні:
З цих конфігурацій стійкою є та, коли електронні пари розміщені в транс-положенні, що приводить до утворення молекули плоскої форми: плоского квадрата
(13)г) молекули типу АХ3Е3 невідомі, але їх структуру можна передбачити
Таку геометричну форму мають молекули з одинарними зв’язками, що мають на зовнішній валентній оболонці від 2 до 6 електронних пар. Тут геометрія молекули повністю визначалася переважаючою конфігурацією електронних пар на валентній оболонці центрального атома. При цьому побічні взаємодії не приймалися до уваги.
В таблиці приведена геометрична форма молекул типу АХmEn з одинарними хімічними зв’язками в залежності від числа зв’язуючих і неподілених електронних пар.
Таблиця Геометрична форма молекул в залежності від числа зв’язуючих та неподілених електронних пар
| Формула сполуки | Повне число електронних пар | Число неподілених електронних пар | Конфігурація молекули | Опис молекули |
| АХ2 | 2 | – | Лінійна | BeCl2 |
| АХ3 | 3 | – | Плоский трикутник | BF3 |
| АХ2Е | 3 | 1 | Кутова | SnCl2 |
| АХ4 | 4 | – | Тетраедр | CH4 |
| АХ3Е | 4 | 1 | Спотворений тетраедр | До одної з вершин тетраедра направлена одна неподілена електронна пара, NH3 |
| АХ2Е2 | 4 | 2 | Тетраедр | До двох вершин тетраедра направлені дві неподілені електронні пари, Н2О |
| АХ5 | 5 | – | Тригональна біпіраміда | PF5 |
| АХ4Е | 5 | 1 | Спотворений тетраедр, неподілtна електронна пара направлена у екваторіальну площину до одної з вершин трикутника | TeCl4 |
| АХ3Е2 | 5 | 2 | Тригональна біпіраміда, де два екваторіальні положення зайняті двома неподіленими парами (Т-форма) | ClF3 |
| АХ2Е3 | 5 | 3 | Лінійна форма молекули | [ICl2]– |
| АХ6 | 6 | – | Октаедр | SF6 |
| АХ5Е | 6 | 1 | Одна неподілена електрон-на пара займає вершину октаедра (тетрагональна піраміда) | IF5 |
| АХ4Е2 | 6 | 2 | Правильний квадрат | [ICl4]– |
| АХ7 | 7 | – | Пентагональна біпіраміда, кут рівний 72° | IF7 |
| АХ6Е | 7 | 1 | Неподілена електронна пара розхміщується у екваторіальній площині неправильного октаедра | [SbBr6]3 |
Геометрична форма молекул з кратними зв’язками.
Конфігурація молекул, які містять кратні зв’язки, можна описати аналогічним методом. Існує загальне правило, згідно якого дві орбіталі розміщуються лінійно, три – в формі правильного трикутника, чотири – тетраедрично.
Тому можна очікувати, що дві орбіталі подвійних зв’язків навколо атома С у молекулі СО2 утворять лінійну систему, і молекула СО2 буде лінійною.
Комбінація одинарного і потрійного зв’язків також приводять до лінійної конфігурації молекули: Н–С º N; H–C º C–H.
Два одинарних і один подвійний зв’язок (3 орбіталі) дають трикутну конфігурацію: два одинарні і один подвійний зв’язок атома С у молекулі С2Н4 розміщені в площині з валентними кутами 120°.
Відомо, що подвійний зв’язок містить один σ- і один π-зв’язок, а потрійний – один σ- і два π-зв’язки. Степінь перекриття орбіталей у π-зв’язку, як правило, менше ніж у σ-зв’язку, і тому π-зв’язки слабші і більш реакційно здатні. S-орбіталі внаслідок своєї кульової симетрії нездатні до утворення π-зв’язків. Тому стереохімія атома в простій молекулі визначається тільки σ-зв’язуючими парами і неподіленими парами електронів, тоді як π-зв’язки не виявляють впливу ( в першому наближенні) на кути між зв’язками (однак π-зв’язки впливають на довжину і енергію зв’язку. В таблиці приведені геометричні конфігурації деяких молекул і іонів з кратними зв’язками.
В молекулі SOF4 оксигену займає екваторіальне положення; в іоні [IO2F2] два атоми фтору займають полярні положення, а атоми оксигену – два із трьох екваторіальних положення тригональної біпіраміди.
Нелокалізований π-зв’язок. Метод ВЗ виходить з положення, що хімічний зв’язок між атомами в молекулі локалізований, тобто
пара належить двом атомам. Проте іноді, виходячи з властивостей багатоатомних молекул, допускають що при утворенні хімічного зв’язку електронні пари можуть розміщувались між кількома атомами. Такі зв’язки називаються нелокалізованими. Прикладами таких іонів є СО3 і NO3–.Таблиця Геометрична форма деяких молекул і іонів з кратними зв’язками
| Повне число Електронних пар | Число неподілених пар | ||
| 0 | 1 | 2 | |
| 2 | Лінійна, наприклад HCN | ||
| 3 | Плоский трикутник, [NO3]– | Кутова (120°) NOCl | |
| 4 | Тетраедр [SO4]2– | Піраміда, IO3]– | Кутова (109,5°) [ClO2]– |
| 5 | Тригональна біпіра- міда, [SOF4] | Неправильний тетраедр, [IO2F2]– | |
| 6 | Октаедр, [IO6]–5 | ||
Будова іону СО32– можна згідно методу ВЗ представити одною із схем:
У цих схемах зв’язок С–О нерівноцінний, оскільки атом С з одним атомом оксигену зв’язаний подвійним зв’язком, а з двома іншими одинарним (а). Експериментально встановлено, що всі зв’язки у СО32– рівноцінні і іон має форму плоского трикутника з кутом 120°. Такий кут вздовж sp2 – гібридизація атома С. Це означає, що атом вуглецю за рахунок sp2 гібридних орбіталей утворює три σ-зв’язки, а четвертий
утворює π-зв’язок. Щоб зв’язки були рівноцінними, теба допустити делокалізацію π-зв’язку (π-електрон орбіталі) між усіма атомами кисню (б). Розмірковуючи аналогічним чином, можна показати, що [NO3]– внаслідок делокалізації зарядів і π-зв’язку всі три атоми оксигену рівноцінні: 
У молекулі HNO3 один із зв’язків N–O одинарний, а два інші близькі до подвійних:
