Kapittel 10 Kjemisk binding II Molekyl struktur og hybridisering av orbitaler Repetisjon

Transkript

1 Kapittel 10 Kjemisk binding II Molekyl struktur og hybridisering av orbitaler Repetisjon Molekylstruktur VSEPR modellen Elektronparene (bindende eller ikke-bindende) vil prøve å være så lang bort fra hverandre som mulig (for å minke frastøtingen) Framgangsmetode for å finne 3-D struktur rundt et sentralatom 1. Tegn en Lewis struktur for molekylet 2. Finn antall elektronpar som sentral atomet har. Vi teller både delte og udelte elektronpar. o Dobbeltbindinger teller som ETT elektronpar o Trippelbindinger teller som ETT elektronpar 3. Vi finn den geometriske anordningen til elektronparene som gjør at elektronparene er lengst mulig fra hverandre. Vi tar hensyn til alle elektronparene (delte og udelte) En har 5 mulige plasseringer. vilke struktur en har er avhenging av antall elektronpar (bindende og ikke-bindende) 2 elektronpar lineær (vinkelen er 180 o ) 3 elektronpar plantrigonal (vinklene er 120 o ) 4 elektronpar tetraedrisk(vinklene er 109,5 o )

2 5 elektronpar trigonalbipyramide (to ulike vinkler 120 o og 90 o ) 6 elektronpar oktaedrisk (vinklene er 90 o ) 4. Vi finn molekylærstruktur (den vi ser vi ser ikke udelte elektronpar). Vi finner plassering (anordning) av elektronparene og ser hva vi står igjen med dersom vi ikke ser de udelte elektronparene. O F. eks vann: En har 4 elektronpar (2 bindende og 2 udelte) tetraedrisk plassering av elektronparene, men bøyd molekylær struktur 104,5 Fin strukturen : Vi tar hensyn til ulik frastøtning Udelt Udelt udelt bindende bindende bindende sterkest svakere svakest

3 Eksempel: C 4, N 3 og 2 O har fire elektronpar rundt sentralatomet. Anordningen blir derfor tetraedrisk. Vinkelen i vann er mindre enn tetraedervinkelen (109,5) pga. sterkere frastøting mellom de udelte elektronparene enn mellom de delte. Plassering av udelt elektronpar for molekyl med 5 og 6 elektronpar. For molekyl med 2,3 og 4 elektronpar rundt et sentralatom er alle plassene ekvivalent. For 5 og 6 elektronpar er ikke plassene ekvivalente og en på passe på å plassere de udelte elektronparene slik at en har minst mulig fra støtning. Dvs. en vil ha størst mulig vinkle til de andre udelte elektronparene og til de bindende elektronparene.

4

5 Kapittel 10 Kjemisk binding II Molekyl struktur og hybridisering av orbitaler Repetisjon Molekylstruktur VSEPR modellen Molekyl med flere sentralatom : En finner 3-dim struktur rundt hvert sentralatom Eksempel C 3 O (i) (ii) (iii) (iv) Tegn Lewis struktur Finn 3-dimmensjonal form Vurder størrelsen på vinklene (fin- struktur) Er molekylet polart eller upolart Dette molekylet har to sentral atom vi må finne strukturen rundt begge. (i) Lewis struktur: Regler for Lewis strukturer 1. Bestem hvilke atom som er budne sammen. C O 2. Tell alle valens (ytre) elektron. En har totalt 14 ytre elekton 3. Plasser to elektron i hver binding. C O 4. Fullfør oktetten til atomene som er budne til sentral atomet. 5. Plasser resten av elektronene på sentralatomet. 6. Dersom sentralatomet ikke har oktett lag dobbel eller trippel bindinger (ii) Rundt C: Rundt O: (iii) Finn 3-dimmensjonal form (bruk VSEPR) Vi har 4 elektron par tetraedrisk plassering av elektronparene En har ikke udelte elektronpar og molekylær struktur (den vi ser vi ser ikke udelte elektronpar) er også tetraedrisk Vi har 4 elektron par tetraedrisk plassering av elektronparene En har to udelte (ikke-bindende) elektronpar og molekylær struktur blir derfor bøyd. Vurder størrelsen på vinklene (fin- struktur) Tetraedervinkelen er 109,5 o. Vi skal vurdere om bindingsvinklene er større eller mindre enn denne.

6 Rundt C: Rundt O: (iv) Rundt C: Rundt O: Vi har ingen udelte elektronpar og bindingsvinkelen vil derfor være 109,5 o (dersom en skal være helt nøyaktig så er de ikke vinklene helt nøyaktig 109,5 o pga at atomene som er bundne til karbonatomet ikke er like) Vi har to udelte elektronpar og etter reglene vil en har større fråstøtning mellom udeltudelt elektronpar enn mellom udelte bindende og bindende-bindende. En vil derfor få en sammenpressing av C-O- vinkelen (den vil være mindre enn 109,5 o ) Er molekylet polart eller upolart Vi har ingen udelte elektronpar, men atomene som er bundet til C er ulike polart Vi har udelte elektronpar og atomene som er bundet til O er ulike polart o Molekylform og polaritet Om et molekyl som har polarkovalente bindinger er polart eller ikke er avhengig av strukturen Upolare molekyl: Molekyl som ikke har udelte elektronpar og der alle atomene bundne til sentralatomet er like. Polare molekyl: Molekyl kan være polare dersom: En har udelte elektronpar f. Eks. N 3 Atomene bundne til sentralatomet er ulike f. Eks. CCl 3 Cl C PS! Mange molekyl er upolare selv om atomene som er bundne til sentralatomet er ulike. 1. Valensbindingsteorien Overlapp av orbitaler danner bindinger 2p Nytt område ny orbital der det er sannsynlig at de to elektrona befinner seg Vi må ha overlapp mellom orbitaler som har 1 elektron i seg. Vi vil då få to elektron i den nye orbitalen.

7 Binding: Når to elektron er delt mellom to overlappende obitaler (en fra hvert atom) Det er ikke alltid en kan bruke atomorbitalene direkte (en greier ikke å bruke de dersom en skal få den geometrien som VSEPR modellen sier at en skal ha) En må hybridisere atomorbitalene 2. ybridisering og lokalisert elektron modell (valensbindingsmodellen - VB) - ybridisering Kombinerer (blander) orbitaler (s, p og d) på samme atom for å danne nye orbitaler med ny energi, orientering i rommet og form

8 Kapittel 10 Kjemisk binding II Molekyl struktur og hybridisering av orbitaler Repetisjon ybridisering (sp, sp 2, sp 3 ) vilke hybridisering et atom har er avhengig av hvilke forbindelse som skal bli dannet, o Mulige hybridiseringer med s og p orbitaler antall og form sp 3 sp 3 blander en s-orbital og tre p-orbitaler Ser på karbon som eksempel: Energi 2s 2p ybridisering sp 3 En blander fire atomorbitaler, en får fire nye orbitaler (sp 3 ) og de har like energi. Energien til sp 3 orbitalene er litt lavere enn p-orbitalene og litt høyere enn s-orbitalen Orientering: Orbitalene er rettet mot hvert sitt hjørne i et tetraeder dvs. vinkelen mellom de er 109,5 o. Når en 4 elektronpar (tetraedrisk) rundt et sentralatom så har en sp 3 hybridisering. Eksempel Bindinger i C 4. Karbon er sp 3 hybridisert og hver sp 3 orbital blir brukt til å overlappe med s orbital fra hydorgen.

9 Eksempel: Bindinger i ammoniakk. Nitrogen atomet er sp 3 hybridisert. Tre av sp 3 orbitalene danner binding ved sp 3 overlappe med s orbitalen til hydogen. Den siste sp 3 orbitalen er det udelte elektronparet sp 2 sp 2 - blander 1 s-orbital og 2 p-orbitaler og får 3 nye sp 2 -orbitaler Energi 2s 2p sp 2 p En blander tre atomorbitaler, en får tre nye orbitaler (sp 2 ) og de har like energi. Energien til sp 2 orbitalene er litt lavere enn p-orbitalene og litt høyere enn s-orbitalen Orientering: Alle orbitalene ligger i et plan og er rettet mot hvert sitt hjørne i en trekant dvs. vinkelen mellom de er 120 o. Den gjenværende p orbitalen står perpendikulært på dette planet

10 Når en har tre elektronpar rundt et sentralatom (trigonalplanar) så har en sp 2 hybridisering. Eksempel Bindinger i BF 3. Bor atomet er sp 2 hybridisert. Tre sp 2 orbitalene danner binding ved sp 2 overlappe med p orbitalen til fluor. sp sp - blander 1 s-orbital og 1 p-orbitaler og får 2 nye sp-orbitaler Energi 2s 2p sp 2p En blander 2 atomorbitaler, en får to nye orbitaler (sp) og de har like energi. Energien til sp orbitalene er litt lavere enn p-orbitalene og litt høyere enn s-orbitalen

11 Orientering: Begge orbitalene ligger i linje og de har motsatt retning dvs. vinkelen mellom de er 180 o. De to gjenværende p orbitalene står perpendikulær på denne linjen Når en har to elektronpar rundt et sentralatom så har en sp hybridisering. Eksempel Bindinger i BeCl 2. Be atomet er sp hybridisert. To sp orbitalene danner binding ved sp 2 overlappe med p orbitalen til klor. ybridisering til et atom fra Lewis struktur og VSEPR teorien. Molekyl med fire bindinger/udelte elektronpar har tetraedrisk hovedstruktur sp 3 Molekyl med tre bindinger/udelte elektronpar har plan trigonal hovedstruktur sp 2 Molekyl med to bindinger/udelte elektronpar har lineært hovedstruktur sp o Andre hybridiseringer dsp 3 blander en d-orbital, en s-orbital og tre p-orbitaler Orbitalene er orientert slik at en får trigonalbipyramide d 2 sp 3 blander to d-orbital, en s-orbital og tre p-orbitaler Orbitalene er orientert slik at en får et oktraeder - Bindinger o Enkeltbindinger Enkelt bindingene ligger langs en tenkt akse mellom atomene. De kan bli dannet ved overlappinger mellom alle orbitaler unntatt side-side overlapp av p-orbitaler. Enkelt bindingene blir kallet σ-bindinger o Dobbeltbindinger og trippel bindinger Dobbelt og trippel bindinger består av to ulike type bindinger. Den ene er en σ-binding. Den andre typen er den som blir dannet ved side-side overlapp av p-orbitaler. Denne bindingen blir kallet Π binding.

12 Side-til-side overlapp av p-orbitaler: Dobbelt binding: 1 σ og en Π binding Trippel binding: 1 σ og en 2 Π binding Eksempel: Bindinger i eten (C 2 4 ) Lewis struktur: C C Begge karbonatomene er sp 2 hybridiser. Et karbon bruker 2 sp 2 -orbitaler til å overlappe med s-orbital til to hydrogenatom (danner σ-binding) og en sp 2 orbital til å overlappe med sp 2 -orbitalen til det andre karbonatomet. For å danne Π bindingen mellom karbonatomene bruker begge karbonatomene den p orbitalen som ikke var med i hybridiseringen Eksempel: Bindinger i eten (C 2 2 ) Lewis struktur: C C Begge karbonatomene er sp hybridiser.

13 Et karbon bruker 1 sp-orbitaler til å overlappe med s-orbital til hydrogenatomet (danner σ-binding) og en sp orbital til å overlappe med sp-orbitalen til det andre karbonatomet. For å danne de to Π bindingen mellom karbonatomene bruker begge karbonatomene de to p orbitalen som ikke var med i hybridiseringen.