Почему молекула имеет определённую форму?
Форму молекулы определяют электронные пары вокруг центрального атома. Каждая электронная пара заряжена отрицательно, поэтому пары отталкиваются друг от друга и располагаются как можно дальше. Другие атомы располагаются по направлениям этих пар.
Чтобы найти форму, посчитай у центрального атома две вещи:
- Связь: электронная пара, которая соединяет центральный атом с другим атомом.
- Неподелённая пара: электронная пара центрального атома, которая не участвует в связи. Она отталкивает другие пары, но в названии формы не учитывается, потому что форму называют по положению атомов.
Каждую связь и каждую неподелённую пару называют доменом. 2 домена лежат на одной прямой, 3 домена направлены к вершинам треугольника, 4 домена — к вершинам тетраэдра.
Таблица: как найти форму по связям и неподелённым парам
| Связи | Неподелённые пары | Форма молекулы | Валентный угол | Пример |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 0 | Линейная | 180° | CO2 |
| 3 | 0 | Плоский треугольник | 120° | BF3 |
| 2 | 1 | Угловая | ≈118° | SO2 |
| 4 | 0 | Тетраэдр | 109.5° | CH4 |
| 3 | 1 | Треугольная пирамида | ≈107° | NH3 |
| 2 | 2 | Угловая | ≈104.5° | H2O |
У CH4, NH3 и H2O по 4 домена. Но неподелённая пара отталкивает сильнее, чем связь, поэтому чем больше неподелённых пар, тем меньше валентный угол. В некоторых учебниках угловую форму называют изогнутой.
Проверь форму молекул в приложении Nalukh chem
Добавляй и убирай связи и неподелённые пары и смотри, как меняются форма и угол. Этот симулятор входит в полный доступ. Скачивание бесплатно, без регистрации открыты 2 раздела и 5 симуляторов.
Как пользоваться симулятором?
- Симулятор открывается с молекулой из 4 связей без неподелённых пар. На карточке слева вверху написаны название формы, валентный угол и число связей и неподелённых пар.
- В строке Связь на нижней панели меняй число связей от 2 до 4 кнопками − и +.
- В строке Неподелённая пара добавляй и убирай неподелённые пары от 0 до 2. Когда сумма связей и неподелённых пар станет равна 4, кнопка + перестанет работать. Поэтому перед добавлением неподелённой пары убери связь.
- Кнопками CO2, BF3, H2O, NH3, CH4 в строке Пример: переходи к готовым молекулам.
- Жёлтая кнопка в правом верхнем углу возвращает к начальному состоянию.
Задания для симулятора
- Перейди от кнопки CH4 к NH3, а затем к H2O. Как меняются форма и угол? Ответ: тетраэдр 109.5°, треугольная пирамида ≈107°, угловая ≈104.5°.
- Поставь Связь на 2, Неподелённая пара на 0 и добавляй неподелённые пары по одной. Ответ: линейная 180°, угловая ≈118°, угловая ≈104.5°.
- Сравни BF3 и NH3. У обеих молекул 3 связи. Почему форма разная? Ответ: у азота есть 1 неподелённая пара, а у бора её нет.
Частые ошибки
- Думать, что молекула воды линейная. Формулу пишут в одну строку H–O–H, но у кислорода есть 2 неподелённые пары, поэтому молекула угловая.
- Считать неподелённую пару атомом. У NH3 4 домена, но 3 атома водорода. Поэтому её форму называют не тетраэдром, а треугольной пирамидой.
На что влияет форма?
Молекула воды угловая, поэтому заряд в ней распределён несимметрично, и молекула полярна. Поэтому вода хорошо растворяет соль и сахар. Связи в CO2 полярны, но молекула прямая, поэтому заряд распределён симметрично с двух сторон, и молекула в целом неполярна.
Про 5 и 6 доменов и электронную геометрию читай в инструкции о теории VSEPR.
