Varför har molekyler bestämda former?
Elektronparen runt centralatomen bestämmer molekylens form. Varje elektronpar har negativ laddning, så paren repellerar varandra och håller sig så långt isär som möjligt. De andra atomerna sitter i dessa pars riktningar.
För att hitta formen räknar du två saker på centralatomen:
- Bindning: ett elektronpar som binder centralatomen till en annan atom.
- Fritt elektronpar: ett elektronpar på centralatomen som inte ingår i en bindning. Det repellerar de andra paren, men det räknas inte med i formens namn, eftersom former får namn efter atomernas lägen.
Varje bindning eller fritt elektronpar kallas en domän. Med 2 domäner ligger de på en linje. Med 3 domäner pekar de mot hörnen i en triangel. Med 4 domäner pekar de mot hörnen i en tetraeder.
Tabell: hitta formen utifrån bindningar och fria elektronpar
| Bindningar | Fria elektronpar | Molekylform | Bindningsvinkel | Exempel |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 0 | Linjär | 180° | CO2 |
| 3 | 0 | Trigonal plan | 120° | BF3 |
| 2 | 1 | Vinklad | ≈118° | SO2 |
| 4 | 0 | Tetraedrisk | 109.5° | CH4 |
| 3 | 1 | Trigonal pyramid | ≈107° | NH3 |
| 2 | 2 | Vinklad | ≈104.5° | H2O |
CH4, NH3 och H2O har alla 4 domäner. Men ett fritt elektronpar repellerar starkare än en bindning, så bindningsvinkeln blir mindre när fria elektronpar läggs till. I vissa kurser kallas den vinklade formen ”böjd”.
Prova molekylformer i appen Nalukh chem
Lägg till och ta bort bindningar och fria elektronpar och se hur form och vinkel ändras. Den här simulatorn ingår när du har full tillgång. Det är gratis att ladda ner, och 2 kapitel och 5 simulatorer är öppna utan registrering.
Hur använder du simulatorn?
- Simulatorn öppnas med en molekyl som har 4 bindningar och inga fria elektronpar. Kortet uppe till vänster visar formens namn, bindningsvinkeln och antalet bindningar och fria elektronpar.
- På den nedre panelen använder du knapparna − och + i raden Bindning för att ändra bindningarna från 2 till 4.
- I raden Fritt elektronpar lägger du till eller tar bort fria elektronpar från 0 till 2. Så snart summan av bindningar och fria elektronpar når 4 slutar knappen + att fungera. Ta därför bort en bindning innan du lägger till ett fritt elektronpar.
- Knapparna CO2, BF3, H2O, NH3 och CH4 i raden Exempel: tar dig till en färdig molekyl.
- Den gula knappen i det övre högra hörnet går tillbaka till startläget.
Uppgifter att prova i simulatorn
- Gå från knappen CH4 till NH3 och sedan till H2O. Hur ändras form och vinkel? Svar: Tetraedrisk 109.5°, trigonal pyramid ≈107°, vinklad ≈104.5°.
- Ställ in Bindning på 2 och Fritt elektronpar på 0 och lägg sedan till fria elektronpar ett i taget. Svar: Linjär 180°, vinklad ≈118°, vinklad ≈104.5°.
- Jämför BF3 och NH3. Båda har 3 bindningar, så varför har de olika former? Svar: Kväve har 1 fritt elektronpar, och bor har inget.
Vanliga misstag
- Att tro att vatten är linjärt. Formeln skrivs på en rad som H–O–H, men syre har 2 fria elektronpar, så molekylen är vinklad.
- Att räkna ett fritt elektronpar som en atom. NH3 har 4 domäner men 3 väteatomer. Därför kallas formen trigonal pyramid, inte tetraedrisk.
Vad påverkar formen?
En vattenmolekyl är vinklad, så laddningen är ojämnt fördelad och molekylen är polär. Därför löser vatten salt och socker bra. Bindningarna i CO2 är polära, men molekylen är rak, så laddningen är jämnt fördelad på båda sidor och molekylen som helhet är opolär.
Om du vill lära dig om 5 och 6 domäner och elektrongeometri kan du läsa guiden till VSEPR-teorin.
