Chemia16

3 krok. ()kicślcnic ks/tallu cząsteczki.

Rozkład atomów tlenu wokół atomu azotu jest układem Irygoualnym, co wynika / odpychania się par elektronowych l wią/.an tworzonych przez atom azotu, zatem atom azotu i 3 atomy tlenu leżą na jednej płaszczyźnie. Kąt utworzony przez wiązania wodór-tlen-azol jest w przybliżeniu równy 109°, ponieważ podobnie jak w kwasic siarkowym(VI) następuje odpychanie się wiążących i wolnych pa i elektronowych atomu tlenu. W rezultacie cząsteczka HN0₃ ma kształt zgodny z poniższą ryciną:

Ryc. 5.26. Model cząsteczki HN0₃

Określenie kształtu cząsteczki wymaga skrupulatnej analizy liczby win zań i wolnych par elektronowych położonych wokół atomu centralnego oraz wokół atomów niebędących atomami „skrajnymi” w analizowanej cząsteczce. Jeżeli więc atom centralny tworzy 2 wiązania z 2 innymi atonia mi i jednocześnie nie ma wolnych (niewiążących) par elektronowych, to cząsteczka jest cząsteczką liniową. Jeśli atom centralny tworzy 3 wiązania (pojedyncze albo podwójne) i nie ma wolnych (niewiążących) par elektro nowych, to cząsteczka ma kształt trygonalny, czyli jest cząsteczką płaską, mającą wszystkie atomy położone w jednej płaszczyźnie. Jeżeli atom cen tralny tworzy 4 wiązania (pojedyncze albo podwójne) lub 3 wiązania i ma wolną parę elektronową, to cząsteczka przyjmuje kształt tetraedryczny.

Jeśli w cząsteczce jest atom centralny tworzący 2 wiązania i jednocześnie występują na atomie centralnym 2 wolne (niewiążące) pary elektronowe, to wiązania te ułożone są w stosunku do siebie pod kątem około 109°.

Polecenia kontrolne

1.    Podaj przykład cząsteczki o kształcie liniowym, trygonalnym i tetra cd tycznym.

2.    Narysuj wzór elektronowy cząsteczki H₃P0₄. Określ rodzaj wiązań w tej cząsteczce oraz jej kształt przestrzenny.

3.    Rozpatrz budowę następujących cząsteczek: BaF₂, BeCl₂, H₂Te. Narysuj ich wzory elektronowe i określ kształt przestrzenny.

4.    Określ, które z wymienionych cząsteczek mają budowę płaską: B( I, NII.„ H₂0,CH₄, PC1₃, S0₂.

5.    Wyjaśnij, dlaczego nie mówimy o kształcie takich cząsteczek, jak: KI, CaO. Na.S.

5.4. Hybrydyz;ic|;i mhiliill

AnaIizuj;jc budowi, r/ąsiee/ki metanu (ll„ stwierdziliśmy, że atom

■    gin tworzy 4 rówiioeemie (czyli identyczne) wiązania z atomami woni. Oznacza to konieczność przebudowania chmury elektronowej atomie węgla, gdyż - jak wiemy - konfiguracja atomu węgla w stanie

I" ul stawowym ma postać:

_(łC: Ir 2s²p²

Konfiguracja powłoki walencyjnej węgla:

on 11111 i

2s    2p

literowałaby więc wytworzenie tylko 2 wiązań pojedynczych. Jeżeli jed-na k jeden z elektronów sparowanych orbitalu s kosztem niewielkiego nakładu energii przeniesiony zostanie na orbital p, atom węgła zyska d jęki wzbudzeniu konfigurację powłoki walencyjnej:

₆C*: lr 2s^l2p³

□d

2s

pozwalającą mu na wytworzenie 4 wiązań pojedynczych. Proces ten nie pi zebiega dwuetapowo, to znaczy tak jakby atom wpierw ulegał wzbudzeniu, a dopiero potem tworzyły się wiązania. W rzeczywistości jest to pioces ciągły, polegający na powolnej deformacji chmury elektronowej, następującej na skutek zbliżania się do atomu węgla atomów wo-i nu. Bliskie sąsiedztwo atomów wodoru daje możliwość zysków i nergetycznych potrzebnych do przeniesienia elektronu z orbitalu s na orbital p.

5.4.1. Hybrydyzacja sp³

Samo wzbudzenie atomu węgla nie rozwiązuje problemu wytworzenia w cząsteczce metanu 4 identycznych wiązań. Gdyby cząsteczka meta-i: 11 powstawała bezpośrednio z atomu wzbudzonego, tworzyłyby ją różne

■    i bitale, a więc wiązanie orbitalu s z atomem wodoru powinno być zupinie różne od wiązań z orbitalami p. Wiemy jednak, że wiązania w czą-.teczce CH₄ są takie same, a kąt między nimi wynosi 109°29'.

Symetrię cząsteczki metanu można opisać przez hybrydyzację orbitali, dojęcie to oznacza zmieszanie orbitali różnego typu, na przykład orbitali! v i orbitali /> lego samego atomu. W cząsteczce metanu nie istnieją orbitale 2v, 2/;,,    !/; . ale 4 identyczne pod względem kształtu i energii

orbitale zhyhivd\ /ow am Ponieważ w hybrydyzacji wzięły udział 4 orbi tale, powslai mu a Uli ¹ I nowe hybrydy: