بررسی شکل مولکول ها با استفاده از هیبریداسیون و نظریه VSEPR (نظریه دافعه جفت الکترون های لایه والانس)

مقدمه نظریه

همه ما می دانیم که بار های هم نام یکدیگر را دفع و بار های نا هم نام یکدیگر را جذب می کنند. خواه این بار های الکتریکی به صورت ذرات بزرگی مثل یون ها  و یا ذرات کلوئیدی باشد؛ خواه به صورت ذرات بنیادین مثل الکترون باشد.

همچنین مکان این ذرات هم اهمیتی ندارد و تفاوتی ایجاد نمی کند؛ ما می دانیم که دو الکترون، یکدیگر را دفع می کنند؛ چه به صورت دو الکترون آزاد در فضای نامتناهی بین ستاره ای باشند که از کنار هم عبور می کنند؛ خواه جفت الکترونی باشند که در امتداد یک پیوند سیگما یا پای، در یک مولکول باعث ایجاد پیوند شده باشند.

بر این اساس نظریه VSEPR یا همان نظریه دافعه زوج الکترون های لایه والانس به وجود آمده و در گذر زمان توسعه یافت. برای درک این نظریه، تنها کافی است که بدانیم زوج الکترون های موجود در یک مولکول معین، خواه پیوندی و یا ناپیوندی، به هم نیروی دافعه کولنی وارد می کنند و سعی دارند تا در دور ترین فاصله ممکن از هم قرار بگیرند.

مبانی نظریه VSEPR

با توجه به مقدمه ای که در بالا آورده شده است. توجه ما بر روی دافعه های بین الکترونی است که در مولکول ها قابل مشاهده است.

ما این دافعه ها را به سه دسته تقسیم می کنیم:

  1. دافعه بین زوج الکترون های ناپیوندی
  2. دافعه بین زوج الکترون های پیوندی
  3. دافعه بین زوج الکترون های پیوندی و ناپیوندی

حالا چند حقیقت را درباره این سه دسته بیان می کنیم:

 قدرت دافعه بین زوج الکترون ها را به صورت ترتیب زیر نمایش می دهیم:

 ناپیوندی – ناپیوندی > ناپیوندی- پیوندی > پیوندی- پیوندی

این ترتیب بیان می کند که هر گاه دو جفت الکترون در مجاورت هم قرار می گیرند؛ بسته به این که جزو کدامیک از سه دسته بالا باشند؛ چه مقدار دافعه به هم وارد می کنند و این دافعه چه تاثیری بر شکل مولکول می گذارد.

چیز دیگری که باید درباره این نظریه بدانید این است که دانشمندان این گفته ها را با نظریه هیبریداسیون ترکیب کرده و در نهایت یک نظریه کامل ارائه کرده اند که در بسیاری از موارد، به خوبی می تواند درباره شکل مولکول ها قضاوت کند. 

شرح نظریه

هر مولکولی، بسته به نوع هیبریداسیونی که دارد، می تواند شکل ویژه ای را داشته باشد که در ادامه به بررسی و شرح هر کدام می پردازیم:

مولکول های با دو زوج الکترون روی اتم مرکزی

این مولکول تنها به یک صورت وجود دارد و در آن هیچ زوج الکترون ناپیوندی وجود ندارد. هیبریداسیون اتم مرکزی در این ساختار به صورت می باشد. نمونه بسیار خوب این مولکول، مولکول بریلیم دی کلرید است. به شکل زیر توجه کنید:

مولکول های با سه زوج الکترون روی اتم مرکزی

در این نوع مولکول ها دو حالت ممکن است:

1_ هرسه زوج الکترون به صورت پیوندی ظاهر شده باشد: در این صورت، مولکول به صورت مثلثی مسطح در آمده و زاویه پیوندی 120 درجه خواهد بود. همچنین هیبریداسیون این ساختار به صورت می باشد. به عنوان مثال، به ساختار کلرید آهن (3) توجه کنید.

کلرید آهن 3

2_ دو زوج پیوندی و یک زوج ناپیوندی باشد: در این حالت، زوج الکترون ناپیوندی به مولکول فشار می آورد و مولکول به صورت خمیده ظاهر می شود. هیبریداسیون این ساختار است. به عنوان مثال، به ساختار مولکولی گوگرد دی اکسید توجه کنید:

گوگرد دی اکسید

مولکول با چهار زوج الکترون روی اتم مرکزی

در این نوع مولکول ها، چهار نوع ساختار قابل ایجاد و شکل گیری است:

1_ هر چهار زوح الکترون پیوندی باشد: در این حالت، مولکول به صورت چهار وجهی در می آید و همه پیوند ها با هم برابر و حدود 109.28 درجه خواهند بود. هیبریداسیون این حالت است. به عنوان مثال، به سختار مولکولی متان توجه کنید:

متان

2_ سه زوج الکترون پیوندی و 1 زوج الکترون ناپیوندی وجود داشته باشد: در این حالت، آن زوج ناپیوندی به ساختار فشار می آورد و مولکول به صورت هرم با قاعده سه ضلعی در می آید. هیبریداسیون این ساختار به صورت است. به عنوان مثال، به ساختار آمونیاک توجه کنید:

آمونیاک

3: دو زوج الکترون پیوندی و دو زوج الکترون ناپیوندی باشد: در این حالت یک تعادل بین نیروی های دافعه ای که از سمت زوج های پیوندی و ناپیوندی وارد می شود برقرار شده و مولکول به صورت خمیده در می آید. هیبریداسیون این ساختار می باشد. به عنوان مثال، به ساختار مولکولی آب توجه کنید:

مولکول آب

مولکول با پنج زوج الکترون روی اتم مرکزی

1_ همه پنج زوج الکترون پیوندی باشد: در این صورت، هیبریداسیون اتم مرکزی بوده و شکل مولکول به صورت دو هرمی با قاعده مثلثی و یا هرم با قاعده مربعی در خواهد آمد. به عنوان مثال، به ساختار مولکولی فسفر پنتا کلرید توجه کنید:

فسفر پنتا کلرید

2: سه زوج الکترون پیوندی و دو زوج الکترون نا پیوندی باشد: در این حالت، هیبریداسیون به صورت بوده و شکل مولکول به صورت الاکلنگی در خواهد آمد. البته نکته اینجاست که فشار ناشی از زوج الکترون نا پیوندی به حدی نیست که ساختار را خیلی خم کند و بنابراین، الاکلنگی با محور تقریبا صاف را خواهیم داشت که به آن ساختار T شکل هم می گویند. به عنوان مثال، به ساختار زنون دی اکسید دی فلوئورید توجه کنید.

زنون دی فلوئورید دی اکسید3_ اگر سه زوج الکترون ناپیوندی و دو زوج الکترون پیوندی باشد: در این حالت هیبریداسیون به صورت و شکل مولکول به صورت خطی خواهد بود. به عنوان مثال، به سختار مولکولی زنون در فلوئورید توجه کنید.

زنون دی فلوئورید

مولکول با شش زوج الکترون روی اتم مرکزی

1_ همه شش جفت الکترون پیوندی باشند: در این حالت یک ساختار هشت وجهی منتظم شکل می گیرد که هیبریداسیون آن می باشد. به عنوان یک مثال معروف، به ساختار گوگرد هگزا فلوئورید توجه کنید.

گوگرد هگزا فلوئورید

2_ اگر پنج زوج الکترون پیوندی و یک زوج نا پیوندی باشد: در این صورت هیبریداسیون اتم مرکزی به صورت بوده و ساختار مولکول به شکل هرم با قاعده مربعی در خواهد آمد. به عنوان مثال به ساختار برم پنتا فلوئورید توجه کنید.

برم پنتا فلوئورید

3_ اگر چهار زوج الکترون پیوندی و دو زوج الکترون ناپیوندی باشد: در این حالت، هیبریداسیون اتم مرکزی به صورت بوده و مولکول به شکل مسطح مربعی در خواهد آمد. به عنوان مثال، به ساختار مولکولی زنون تترا فلوئورید توجه کنید.

زنون تترا فلوئورید

البته ما ساختار هایی با هفت زوج الکترون حول اتم مرکزی نیز داریم که چون خیلی متداول نیستند به آن ها نمی پردازیم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید