Jenis dan contoh geometri molekul



itu geometri molekul o struktur molekul adalah distribusi spasial atom di sekitar atom pusat. Atom-atom mewakili daerah di mana ada kepadatan elektronik yang tinggi, dan karenanya dianggap sebagai kelompok elektronik, terlepas dari tautan yang terbentuk (tunggal, ganda, atau rangkap tiga).

Konsep ini lahir dari kombinasi dan data eksperimen dua teori: bahwa dari ikatan valensi (TEV) dan tolakan dari pasangan elektronik dari kulit valensi (VSPR). Sementara yang pertama mendefinisikan tautan dan sudutnya, yang kedua menetapkan geometri dan, karenanya, struktur molekul.

Bentuk geometris apa yang bisa diadopsi oleh molekul? Dua teori sebelumnya memberikan jawabannya. Menurut VSEPR, atom dan pasangan elektron bebas harus diatur di ruang sedemikian rupa untuk meminimalkan tolakan elektrostatik di antara mereka..

Jadi, bentuk geometrisnya tidak sembarangan, tetapi mencari desain yang paling stabil. Misalnya, pada gambar atas, sebuah segitiga dapat dilihat di sebelah kiri, dan sebuah segi delapan di sebelah kanan. Titik-titik hijau mewakili atom dan garis-garis oranye bergaris-garis.

Dalam segitiga, tiga titik hijau diorientasikan dalam pemisahan 120º. Sudut ini, yang sama dengan ikatan, memungkinkan atom saling tolak sesedikit mungkin. Oleh karena itu, sebuah molekul dengan atom pusat yang terikat pada tiga atom lainnya akan mengadopsi geometri bidang trigonal.

Namun, VSCR memprediksi bahwa sepasang elektron bebas dalam atom pusat akan merusak geometri. Untuk kasus bidang trigonal, pasangan ini akan menekan tiga titik hijau, menghasilkan geometri piramida trigonal.

Hal yang sama juga dapat terjadi dengan octahedron gambar. Di dalamnya semua atom dipisahkan dengan cara yang paling stabil.

Indeks

  • 1 Cara mengetahui terlebih dahulu geometri molekul suatu atom X?
  • 2 Jenis
    • 2.1 Linier
    • 2.2 Sudut
    • 2.3 Tetrahedral
    • 2.4 Bipyramid Trigonal
    • 2.5 oktahedral
    • 2.6 Geometri molekuler lainnya
  • 3 Contoh
    • 3.1 Geometri linier
    • 3.2 Geometri sudut
    • 3.3 Rencana Trigonal
    • 3.4 Tetrahedral
    • 3.5 Piramida trigonal
    • 3,6 Bipyramid trigonal
    • 3,7 Berosilasi
    • 3,8 Bentuk T
    • 3.9 oktahedral
  • 4 Referensi

Cara mengetahui terlebih dahulu geometri molekul suatu atom X?

Untuk ini, perlu juga mempertimbangkan pasangan elektron bebas sebagai kelompok elektronik. Ini, bersama dengan atom, akan menentukan apa yang dikenal sebagai geometri elektronik, yang merupakan pendamping tak terpisahkan dari geometri molekul.

Dari geometri elektronik, dan setelah terdeteksi oleh struktur Lewis pasangan elektron bebas, kita dapat menentukan apa yang akan menjadi geometri molekul. Jumlah semua geometri molekuler akan memberikan garis besar struktur global.

Jenis

Seperti terlihat dalam gambar utama, geometri molekul tergantung pada berapa banyak atom yang mengelilingi atom pusat. Namun, jika sepasang elektron hadir tanpa berbagi, itu akan memodifikasi geometri karena menempati banyak volume. Oleh karena itu, ia memberikan efek sterik.

Menurut ini, geometri dapat menghadirkan serangkaian bentuk karakteristik untuk banyak molekul. Dan di sinilah berbagai jenis geometri molekul atau struktur molekul muncul.

Kapan geometri sama dengan struktur? Keduanya menunjukkan hal yang sama hanya dalam kasus di mana struktur tidak memiliki lebih dari satu jenis geometri; jika tidak, semua tipe saat ini harus dipertimbangkan dan struktur diberi nama global (linier, bercabang, bulat, datar, dll.).

Geometri sangat berguna untuk menjelaskan struktur padatan dari unit strukturalnya.

Linier

Semua ikatan kovalen adalah terarah, sehingga tautan A-B linear. Tetapi apakah molekul AB akan linier?2? Jika ya, geometri hanya direpresentasikan sebagai: B-A-B. Kedua atom B dipisahkan oleh sudut 180 °, dan menurut TEV, A harus memiliki orbital hibrid sp.

Sudut

Dapat diasumsikan pada contoh pertama geometri linier untuk molekul AB2; Namun, penting untuk menggambar struktur Lewis sebelum mencapai kesimpulan. Menggambar struktur Lewis, orang dapat mengidentifikasi jumlah pasangan elektron tanpa berbagi (:) pada atom A.

Ketika ini terjadi, di atas pasangan elektron mereka menekan dua atom B ke bawah, mengubah sudutnya. Akibatnya, molekul linier B-A-B akhirnya menjadi V, bumerang atau geometri sudut (gambar atas)

Molekul air, H-O-H, adalah contoh ideal untuk jenis geometri ini. Dalam atom oksigen ada dua pasang elektron tanpa berbagi yang berorientasi pada sudut sekitar 109º.

Kenapa sudut ini? Karena geometri elektronik adalah tetrahedral, yang memiliki empat simpul: dua untuk atom H, dan dua untuk elektron. Pada gambar di atas perhatikan bahwa titik-titik hijau dan dua "lobus dengan mata" menggambar tetrahedron dengan titik kebiruan di tengahnya..

Jika O tidak memiliki pasangan elektron bebas, air akan membentuk molekul linier, polaritasnya akan berkurang dan lautan, laut, danau, dll., Mungkin tidak akan ada seperti yang diketahui.

Tetrahedral

Gambar atas mewakili geometri tetrahedral. Untuk molekul air, geometri elektroniknya adalah tetrahedral, tetapi dengan menghilangkan pasangan bebas-elektronnya dapat diketahui bahwa ia diubah menjadi geometri sudut. Ini juga diamati hanya dengan menghilangkan dua titik hijau; dua yang tersisa akan menggambar V dengan titik biru.

Bagaimana jika alih-alih dua pasang elektron bebas hanya ada satu? Maka akan ada bidang trigonal (gambar utama). Namun, dengan menghilangkan kelompok elektronik, efek sterik yang dihasilkan oleh pasangan elektron bebas tidak terhindarkan. Oleh karena itu, itu mendistorsi bidang trigonal ke piramida dasar segitiga:

Meskipun geometri molekul trigonal dan tetrahedral piramida berbeda, geometri elektroniknya sama: tetrahedral. Jadi piramida trigonal tidak dihitung sebagai geometri elektronik?

Jawabannya adalah tidak, karena ini adalah produk dari distorsi yang disebabkan oleh "lobus dengan mata" dan efek steriknya, dan geometri ini tidak memperhitungkan distorsi di kemudian hari.

Untuk alasan ini, selalu penting untuk terlebih dahulu menentukan geometri elektronik dengan bantuan struktur Lewis sebelum mendefinisikan geometri molekul. Molekul amonia, NH3, adalah contoh dari geometri molekul piramida trigonal, tetapi dengan geometri elektronik tetrahedral.

Bipyramid Trigonal

Sampai sekarang, dengan pengecualian geometri linier, dalam tetrahedral, sudut dan piramida trigonal atom pusatnya memiliki hibridisasi sp3, menurut TEV. Ini berarti bahwa jika sudut tautan Anda ditentukan secara eksperimental, sudutnya harus sekitar 109º.

Dari geometri dipiramidal trigonal, ada lima kelompok elektronik di sekitar atom pusat. Pada gambar atas Anda dapat melihat dengan lima titik hijau; tiga di dasar segitiga, dan dua di posisi aksial, yang merupakan simpul atas dan bawah dari piramida.

Hibridisasi apa yang dimiliki titik biru itu? Perlu lima orbital hibrid untuk membentuk ikatan sederhana (oranye). Ini dicapai melalui orbital lima sp3d (produk dari campuran orbital s, tiga p dan a).

Ketika mempertimbangkan lima kelompok elektronik, geometri adalah yang sudah terpapar, tetapi memiliki pasangan elektron tanpa berbagi, yang satu ini lagi menderita distorsi yang menghasilkan geometri lain. Juga, pertanyaan berikut muncul: dapatkah pasangan ini menempati posisi apa pun di piramida? Ini adalah: aksial atau khatulistiwa.

Posisi aksial dan ekuatorial

Titik hijau yang membentuk dasar segitiga berada di posisi ekuatorial, sedangkan dua di ujung atas dan bawah, dalam posisi aksial. Di mana, lebih disukai, akankah pasangan elektron tanpa berbagi berada? Dalam posisi yang meminimalkan tolakan elektrostatik dan efek sterik.

Pada posisi aksial, pasangan elektron akan "menekan" secara tegak lurus (90º) pada dasar segitiga, sedangkan jika berada pada posisi khatulistiwa, dua grup elektronik yang tersisa dari basis akan terpisah 120º dan menekan kedua ujungnya pada 90º (bukan tiga, seperti halnya pangkalan).

Oleh karena itu, atom pusat akan berusaha mengarahkan pasangan bebas-elektronnya pada posisi khatulistiwa untuk menghasilkan geometri molekul yang lebih stabil.

Bentuk berosilasi dan T

Jika geometri bipyramid trigonal menggantikan satu atau lebih atomnya dengan pasangan bebas-elektron, itu juga akan memiliki geometri molekul yang berbeda.

Di sebelah kiri gambar atas, geometri berubah menjadi bentuk berosilasi. Di dalamnya, pasangan elektron bebas mendorong sisa empat atom ke arah yang sama, melipat ikatannya ke kiri. Perhatikan bahwa pasangan dan dua atom ini terletak pada bidang segitiga yang sama dengan dipyramid asli.

Dan di sebelah kanan gambar, geometri berbentuk T. Geometri molekul ini adalah hasil dari penggantian dua atom untuk dua pasang elektron, membawa konsekuensi bahwa tiga atom yang tersisa disejajarkan dalam bidang yang sama yang menggambar tepat satu huruf T.

Jadi, untuk molekul tipe AB5, itu mengadopsi geometri bipyramid trigonal. Namun, AB4, dengan geometri elektronik yang sama, ia akan mengadopsi geometri osilasi; dan AB3, geometri berbentuk T. Pada semuanya A akan (umumnya) hibridisasi sp3d.

Untuk menentukan geometri molekuler, kita perlu menggambar struktur Lewis dan karenanya geometri elektroniknya. Jika ini adalah bipyramid trigonal, maka pasangan bebas-elektron akan dibuang, tetapi bukan efek steriknya pada sisa atom. Dengan demikian, dimungkinkan untuk membedakan secara sempurna antara tiga geometri molekul yang mungkin.

Oktahedral

Geometri molekul oktahedral direpresentasikan di sebelah kanan gambar utama. Jenis geometri ini sesuai dengan senyawa AB6. AB4 mereka membentuk basis persegi, sedangkan dua B sisanya diposisikan dalam posisi aksial. Dengan demikian, beberapa segitiga sama sisi terbentuk, yang merupakan wajah segi delapan.

Di sini, sekali lagi, mungkin ada (seperti dalam semua geometri elektronik) pasangan elektron bebas, dan karena itu, geometri molekul lainnya berasal dari fakta ini. Misalnya, AB5 dengan geometri elektronik oktahedral terdiri dari piramida dengan basis persegi, dan AB4 dari bidang persegi:

Untuk kasus geometri elektronik oktahedral, dua geometri molekul ini adalah yang paling stabil dalam hal tolakan elektrostatik. Dalam geometri bidang-bujur sangkar, kedua pasangan elektron berjarak 180 °.

Apa hibridisasi untuk atom A dalam geometri ini (atau struktur, jika itu adalah satu-satunya)? Sekali lagi, TEV menetapkan bahwa itu sp3d2, enam orbital hibrid, yang memungkinkan A untuk mengorientasikan kelompok elektronik di simpul oktahedron.

Geometri molekuler lainnya

Dengan memodifikasi dasar piramida yang disebutkan sejauh ini, beberapa geometri molekul yang lebih kompleks dapat diperoleh. Sebagai contoh, bipyramid pentagonal didasarkan pada pentagon dan senyawa yang membentuknya memiliki rumus umum AB7.

Seperti geometri molekul lainnya, mengganti atom B untuk pasangan bebas-elektron akan mengubah geometri ke bentuk lain.

Juga, senyawa AB8 mereka dapat mengadopsi geometri seperti antiprisme persegi. Beberapa geometri bisa sangat rumit, terutama untuk rumus AB7 seterusnya (hingga AB12).

Contohnya

Selanjutnya, serangkaian senyawa akan disebutkan untuk masing-masing geometri molekul utama. Sebagai latihan, Anda bisa menggambar struktur Lewis untuk semua contoh dan menyatakan jika, mengingat geometri elektronik, Anda mendapatkan geometri molekul seperti yang tercantum di bawah ini..

Geometri linier

-Ethylene, H2C≡CH2

-Berilium klorida, BeCl2 (Cl-Be-Cl)

-Karbon dioksida, CO2 (O = C = O)

-Nitrogen, N2 (N≡N)

-Merkuri dibromida, HgBr2 (Br-Hg-Br)

-Anion triiodide, I3- (I-I-I)

-Hidrogen sianida, HCN (H-N≡C)

Sudutnya harus 180º, dan karenanya memiliki hibridisasi sp.

Geometri sudut

-Air

-Sulfur dioksida, SO2

-Nitrogen dioksida, NO2

-Ozon, O3

-Anion amiduro, NH2-

Pesawat trigonal

-Bromine trifluoride, BF3

-Aluminium triklorida, AlCl3

-Anion nitrat, TIDAK3-

-Anion carbonate, CO32-

Tetrahedral

-Gas metana, CH4

-Karbon tetraklorida, CCl4

-Cation ammonium, NH4+

-Anion sulfate, SO42-

Piramida trigonal

-Ammonia, NH3

-Kation hidronium, H3O+

Bipyramid Trigonal

-Fosfor pentafluoride, PF5

-Antimony Pentachloride, SbF5

Berosilasi

Sulfur tetrafluoride, SF4

Bentuk T

-Yodium trichloride, ICl3

-Klorida trifluorida, ClF3 (kedua senyawa ini dikenal sebagai interhalogen)

Oktahedral

-Sulfur hexafluoride, SF6

-Selenium hexafluoride, SeF6

-Hexafluorophosphate, PF6-

Singkatnya, geometri molekuler adalah yang menjelaskan pengamatan sifat-sifat kimiawi atau fisik materi. Namun, itu berorientasi sesuai dengan geometri elektronik, sehingga yang terakhir harus selalu ditentukan sebelum yang pertama.

Referensi

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Edisi ke-8). Belajar CENGAGE, hlm 194-198.
  2. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat., Hal 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.
  3. Mark E. Tuckerman. (2011). Geometri molekul dan teori VSEPR. Diperoleh dari: nyu.edu
  4. Virtual Chembook, Charles E. Ophardt. (2003). Pengantar Geometri Molekuler. Diperoleh dari: chemistry.elmhurst.edu
  5. Teks Libre Kimia. (8 September 2016). Geometri Molekul. Diperoleh dari: chem.libretexts.org