גרסה מתאריך 13:56, 20 בינואר 2010

אדריכלות מולקולות

מבוא:

תיאוריית הקשר של לואיס אנו מציגים מבנה של המולקולות כייצוגים דו-ממדיים של הקשרים בין אטומים – של הערכיות שלהם. מלבד הצורונים הפשוטים ביותר, מבני לואיס לא נועדו לתאר את סידור האטומים במרחב. מודל הדחייה זוגות האלקטרונים ברמות הערכיות : Valence-Shell Electron-Pair Repulsion model (בקיצור VSEPR) מרחיב את תיאוריית הקשר של לואיס ומוסיף לה כללים המסבירים את זוויות הקשר האלה, על מנת להסביר את צורות המולקולות. הראשונים שפיתחו את מודל VSEP היו הכימאים הבריטים: . N. Sidgwick , H. Powel כימאי הקנדי R. Gillespie המשיך ולשכללו.

מהי מודל VSEPR ? ניתן לבטא את המודל בעזרת 3 כללים עיקריים:

כלל ראשון

אזורים בעלי ריכוז אלקטרונים גבוה דוחים זה לה זה, ולכן הם נוטים להתרחק זה מזה ככל האפשר תוך שמירה על אותו המרחק מהאטום המרכזי, מכיוון שבמצב זה הדחייה ביניהם היא הנמוכה ביותר. לאחר שמצאנו את הסידור שבו אזורים אלה מרוחקים זה מזה ככל האפשר, הנקרא סידור האלקטרונים במולקולה, אנו בודקים היכן נמצאים האטומים ומזהים את צורת המולקולה.

דוגמאות

1. במולקולה BeCl₂ קשורים לאטום מרכזי שני אטומים בלבד. רושמים את נוסחת ייצוג לואיס של המולקולה , ורואים שלאטום המרכזי אין זוגות לא-קושרים. שני הזוגות הקושרים נמצאים במרחק המרבי זה מזה כאשר הם נמצאים משני צדיו של אטום Be, כך שסידור האלקטרונים הוא קווי. מכיוון שכל זוג קושר מקשר בין אטום Be לאטום Cl, אנו משערים שמולקולת ה- BeCl₂ היא קווית, ובעלת זווית קשר של⁰ 180

2. לפי נוסחת ייצוג לואיס במולקולה BF₃ לאטום המרכזי מחוברים שלושה זוגות אלקטרונים קושרים ואף זוג אלקטרונים לא-קושר אחד. לפי מודל VSEPR , המרחק בין שלושת הזוגות הקושרים הוא המרבי כאשר הם נמצאים בפינותיו של משולש שווה צלעות. סידור האלקטרוני הוא מישורי משולש, מכיוון שלכל זוג קושר מחובר אטום F, מולקולת ה- BF₃ היא היא מישורית משולשת וכל שלוש הזוויות FBF הוא בנות 120⁰.

מולקולה בעלת צורה של משולש מישורי

 3. לפי נוסחת ייצוג לואיס במולקולה NF₃ לאטום המרכזי מחוברים שלושה זוגות אלקטרונים קושרים וזוג אלקטרונים לא-קושר אחד – בסך-הכל ארבעה אזורים של צפיפות אלקטרונים גבוהה. לפי מודל VSEPR , סידור האלקטרוני הוא טטראהדרי, המרחק בין שלושת הזוגות הקושרים וזוג אלקטרונים לא-קושר הוא המרבי כאשר אטומים הקשורים ל-N יוצרים פירמידה משולשת.

מולקולה בעלת צורה של פירמידה משולשת

כלל שני

איננו מבחינים בין קשרים יחידים למרובים. קשר מרובה נחשב לאזור יחיד של ריכוז אלקטרונים גבוה.

דוגמא

למולקולת CO₂ יש מבנה קווי דומה לזה של BeCl₂ , להוציא נוכחותם של קשרים כפולים.

מולקולה בעלת צורה קוית

כלל שלישי

כאשר יש יותר מאטום מרכזי אחד, אנו משרטטים את הקשרים סביב כל אטום בנפרד.

דוגמא

במולקולת אתן CH₂=CH₂ יש שני מרכזים שעלינו להביא בחשבון: שני אטומי הפחמן. לפי נוסחת מבנה לואיס, לכל אטום פחמן יש שלושה אזורים של ריכוז אלקטרונים: שני קשרים יחידים וקשר כפול אחד. במולקולה זו אין זוגות אלקטרונים לא-קושרים. הסידור סביב כל אטום פחמן הוא לפיכך מישורי משולש, שתי זוויות HCH יהיו 120⁰. ניסויים הראו כי אלה הם אכן גודליהן.