Föreläsning 5. Molekylers rymdgeometri, Dipolmoment, VSEPR-teori och hybridisering

Transkript

1 Föreläsning 5 Molekylers rymdgeometri, Dipolmoment, VSEPR-teori och hybridisering

2 Fleratomiga molekylers geometri. (Kap ) Molekyler eller joner av typ XY n, där X = centralatom, Y = ligand Alla Y binder till X. Symmetriska molekyler. Större molekyler byggs upp genom att koppla ihop fragment. Geometrier för olika koordinationstal. n = 2, 3, 4, 5, och 6

3 Bindningslängder Diskussionen gäller kovalent bundna avgränsade molekyler. (Jongitter, salter, antar den rymdstruktur jonradier och stökiometri kräver enligt tidigare.) Viktiga parametrar Kovalenta radier hos inblandade atomer (se fig. 8.2 och 8.3) Bindningstal. Enkelb. > dubbelb. > trippelb. mellan samma par atomer. Arbetsgång vid bestämning av rymdstruktur. Rita upp atomerna med valens- e -. Skapa Lewis-strukturer med alla ickebindande e - -par utsatta enligt oktettregeln. Tag med ev. mesomera (alternativa, resonans- ) strukturer vid behov. (Ex. S 2 längre fram.) Tillämpa VSEPR-metoden (se nedan).

4 Valens-skal-elektron-par-repulsions-modellen (VSEPR). Tar hänsyn till icke-bindande elektronpar (lp = lone pair) på centralatomen. Repulsion: (lp lp) > (lp bp) > (bp bp) (bp = bindande par) Exempel CH 4, NH 3 och H 2. bs. att bindningsvinkeln minskar med större andel icke-bindande elektronpar. Ex: Svaveldioxid, linjär eller vinklad? Antal valens-e : 3 6 = 18 st. Linjär skulle varit 2 icke-bind. e -par per syreatom + dubbelbindningar =S= engagerar endast 16 e (jmf. C 2 ). Ett extra par på S-atomen gör att molekylen vinklas. Ritas: S - + S Lewis-strukturer Bilden visar tre st. mesomerer = resonansstrukturer. Den första följer inte oktettregeln för S, de övriga ger polära bindningar. Ingen ger linjär molekyl. Formell laddning (FC) hos atom: Alla bind. e - -par delas. FC = Z (antal e - inkl. lp.) En får -1 och S får +1 i två av alt. ovan. + S -

5 Dipolmoment. Uppstår när centrum för positiva laddningar för molekylen inte sammanfaller med centrum för negativa laddningar. µ = r δ e µ = dipolmomentet (SI-enh. m As, 1 Debye = 3, m As) e = elementarladdn. r = avstånd mellan laddningscentra

6 Bindning i polyatomära molekyler. (Kap. 8.4) Diskuteras i termer av VB-teori (valensbindning). Lokaliserade e. ktettregeln vägledande. Koordinationstal för en atom = det antal extra e som behövs för full oktett. Räknas ut från plats i periodiska systemet (s- och p-grupper, 1+2 och 13 17) Formell laddning kan behövas (jmf. S 2 tidigare). Expansion av oktetten, hypervalenta föreningar. Tyngre atomer: Även d-orbitaler kan ingå i bindningar. Ex. SF 6, 6 bindn. S-F. S har ox. talet VI. Resonansstrukt. avvikande från oktettregeln eller med fria joner.

7 VB-teori och hybridisering. Förklarar rymdgeometri. Hybridisering = omvandling av centralatomens A:s genom linjärkomb. av valens-a:s. Ex. H 2. har elektronkonfigurationen (1s) 2 (2s) 2 (2p) 2. Två halvfyllda 2p. Bindningsvinkeln borde bli 90 o. Stämmer ej med VSEPR och experiment. Lösning på problemet: Hybridisera -A:s, så att orbitaler utsträckta i bindningsriktn. erhålls. Kombinera sedan med 2 st. (1s) H. Hybridorbitaler (H:s) är fiktiva A:s som används för att rationalisera bindningsvinklar m.m. sp-hybrider. 2 st. A:s ger 2 st. H:s Linjär konfiguration. sp 2 -hybrider 3 st A:s ger 3 st H:s Plant, 120 o bindningsvinkel

8 sp 3 -hybrider Tetraedrisk konfiguration 4 st A:s 4 st H:s (Se äv. fig ) sp 3 d 2 -hybrider ktaedrisk konfiguration 6 st A:s 6 st H:s (Jmf. SF 6 ovan)

9 Exempel på hybridisering i molekyler. I ammoniak (NH 3 ) är N-atomen sp 3 -hybridiserad. 3 H:s binder till var sin H-atom och den fjärde fylls av det icke-bindande elektronparet. I koldioxid är kolet sp-hybridiserat (en σ-bindning/syreatom) och de två övriga p-orbitalerna bildar varsin π-bindning med resp. syre. Syrena är sp 2 -hybridiserade, och här fylls de återstående sp 2 -H:erna med varsitt ickebindande elektronpar (ett/syreatom).

10 Kolatomer i organiska molekyler. I metan är kolatomen sp 3 -hybridiserad. Fyra st. σ-bindningar till vätena. I eten (C 2 H 4 ) är kolatomerna sp 2 -hybridiserade. Molekylen är plan. De tre sp 2 -hybriderna bildar σ-bindningar med vardera två väten och med det andra kolet. Bindningsvinklarna blir ca. 120 o. En återstående p-orbital på vardera kolet bildar tillsammans en π-bindning mellan kolatomerna. Se nästa sida. I acetylen (etyn, C 2 H 2 ) är kolatomerna sp-hybridiserade. De två återstående p-orbitalerna på vardera kolet bildar tillsammans två π- bindningar mellan kolatomerna med nodplan vinkelrätt mot varandra. Molekylen är linjär.

11