اشکال مولکولی VSEPR

Q: اصل اصلی نظریه VSEPR چیست؟

نظریه دافعه جفتالکترون لایه ظرفیت (VSEPR) بیان میکند که قلمروهای الکترون ظرفیت دور یک اتم مرکزی - چه در پیوندهای کووالانسی به اشتراک گذاشته شده باشند و چه به عنوان جفتتنهای به اشتراک گذاشته نشده نگه داشته شوند - یکدیگر را از نظر الکترواستاتیک دفع کرده و تا حد امکان در فضا سهبعدی دور از هم قرار میگیرند.

Q: چرا جفتتنهاها زاویههای پیوند را در مقایسه با هندسههای ایدهآل کاهش میدهند؟

یک جفتالکترون پیوندی توسط دو هسته جذب میشود و نسبتاً بین آنها محلی باقی میماند، در حالی که یک جفتتنهای غیرپیوندی تنها توسط هسته مرکزی جذب میشود. این جفتتنها نزدیکتر به اتم مرکزی پخش میشود و دافعه قویتری بر روی جفتهای پیوندی مجاور اعمال میکند و آنها را به ازای هر جفتتنها حدود ۲ تا ۲.۵ درجه به هم نزدیکتر میکند.

Q: چرا هندسه الکترونی با شکل مولکولی متفاوت است؟

هندسه الکترونی آرایش فضایی تمام قلمروهای الکترونی (هم جفتهای پیوندی و هم جفتتنهاها) را توصیف میکند، در حالی که شکل مولکولی تنها موقعیتهای هستههای اتمی را توصیف میکند. به عنوان مثال، آب (H2O) چهار قلمرو الکترونی در هندسه الکترونی چهاروجهی دارد، اما سه اتم آن شکل مولکولی خمیدهای را تشکییل میدهند.

Q: پیوندهای چندگانه چگونه بر هندسه مولکولی VSEPR تأثیر میگذارند؟

در شمارش VSEPR، یک پیوند دوگانه یا سهگانه بین اتم مرکزی و یک اتم خارجی به عنوان یک قلمرو الکترونی منفرد حساب میشود زیرا تمام الکترونهای به اشتراک گذاشته شده در آن پیوند در امتداد یک محور بینهستهای قرار دارند، اگرچه چگالی الکترونی بالاتر آن زاویههای مجاور را کمی گشادتر میکند.

دربارهٔ این شبیه‌سازی

اشکال مولکولی VSEPR یک شبیه‌سازی شیمی سه‌بعدی تعاملی است که نظریه دافعه جفت‌الکترون لایه ظرفیت را زنده می‌کند. دانش‌آموزان تعداد جفت‌های پیوندی (۱ تا ۶) و جفت‌تنهای غیرپیوندی (۰ تا ۳) را دور یک اتم مرکزی کنترل می‌کنند و تماشا می‌کنند که قلمروهای الکترونی روی یک کره مرتب می‌شوند تا دافعه متقابل الکترواستاتیک را به حداقل برسانند. کشیدن هر اتم لیگاند یا لوب جفت‌تنهای طلایی شفاف، مولکول را در زمان واقعی مختل می‌کند و باعث می‌شود قلمروهای مجاور قبل از بازگشت به هندسه‌های متعارف شامل خطی، مسطح مثلثی، خمیده، چهاروجهی، هرمی مثلثی، الاکلنگی، Tشکل، هشت‌وجهی و مربعی مسطح، عقب‌نشینی کنند. کلیک روی یک اتم پیوندی بین پیوندهای یگانه، دوگانه و سه‌گانه چرخش ایجاد می‌کند، در حالی که اطلاعات زنده هندسه الکترونی، شکل مولکولی، زاویه‌های پیوند فشرده‌شده، عدد استریک و دوقطبی خالص مولکولی را نشان می‌دهند.

دانش‌آموزان چه چیزهایی را می‌توانند کاوش کنند

تعداد جفت‌های پیوندی را روی ۴ و جفت‌تنهاها را روی ۰ تنظیم کنید تا یک مولکول چهاروجهی متقارن با زاویه‌های پیوند ۱۰۹.۵ درجه و دوقطبی خالص صفر را بررسی کنید.
با تغییر به ۳ جفت پیوندی و ۱ جفت‌تنها (AX3E شبیه آمونیاک)، عدد استریک را روی ۴ نگه دارید و مشاهده کنید که چگونه جفت‌تنها زاویه پیوند را تا ۱۰۷ درجه فشرده می‌کند.
به ۲ جفت پیوندی و ۲ جفت‌تنها (AX2E2 شبیه آب) تغییر دهید تا شکل مولکولی خمیده با زاویه ۱۰۴.۵ درجه و بردار دوقطبی خالص قوی را ببینید.
هر کره لیگاند خارجی را از روی اتم مرکزی بکشید و تماشا کنید که قلمروهای الکترونی باقی‌مانده قبل از آرام گرفتن مجدد، در زمان واقعی دفع می‌شوند.
جفت‌های پیوندی را ۴ و جفت‌تنهاها را ۲ تنظیم کنید (AX4E2، زنون تترافلوراید) تا ببینید چرا جفت‌تنهاها موقعیت‌های مخالف trans را برای تشکیل شکل مربعی مسطح اشغال می‌کنند.

اهداف یادگیری

1بین هندسه کل قلمرو الکترونی و شکل مولکولی حاصل در حضور جفت‌تنهاها تمایز قائل شوید.
2توضیح دهید چرا دافعه جفت‌تنها-جفت‌تنها قوی‌تر از دافعه جفت‌تنها-جفت پیوندی و جفت پیوندی-جفت پیوندی است.
3زاویه‌های پیوند و قطبیت مولکولی را برای اعداد استریک ۲ تا ۶ با استفاده از نمادگذاری AXnEm VSEPR پیش‌بینی کنید.
4مشخص کنید چرا جفت‌تنهاها موقعیت‌های استوایی را در هندسه‌های هرمی مثلثی سه‌وجهی (SN=5) و موقعیت‌های trans را در هندسه‌های هشت‌وجهی (SN=6) اشغال می‌کنند.

پرسش‌هایی که معلم‌ها می‌پرسند

اصل اصلی نظریه VSEPR چیست؟

نظریه دافعه جفت‌الکترون لایه ظرفیت (VSEPR) بیان می‌کند که قلمروهای الکترون ظرفیت دور یک اتم مرکزی - چه در پیوندهای کووالانسی به اشتراک گذاشته شده باشند و چه به عنوان جفت‌تنهای به اشتراک گذاشته نشده نگه داشته شوند - یکدیگر را از نظر الکترواستاتیک دفع کرده و تا حد امکان در فضا سه‌بعدی دور از هم قرار می‌گیرند.

چرا جفت‌تنهاها زاویه‌های پیوند را در مقایسه با هندسه‌های ایده‌آل کاهش می‌دهند؟

یک جفت‌الکترون پیوندی توسط دو هسته جذب می‌شود و نسبتاً بین آن‌ها محلی باقی می‌ماند، در حالی که یک جفت‌تنهای غیرپیوندی تنها توسط هسته مرکزی جذب می‌شود. این جفت‌تنها نزدیک‌تر به اتم مرکزی پخش می‌شود و دافعه قوی‌تری بر روی جفت‌های پیوندی مجاور اعمال می‌کند و آن‌ها را به ازای هر جفت‌تنها حدود ۲ تا ۲.۵ درجه به هم نزدیک‌تر می‌کند.

چرا هندسه الکترونی با شکل مولکولی متفاوت است؟

هندسه الکترونی آرایش فضایی تمام قلمروهای الکترونی (هم جفت‌های پیوندی و هم جفت‌تنهاها) را توصیف می‌کند، در حالی که شکل مولکولی تنها موقعیت‌های هسته‌های اتمی را توصیف می‌کند. به عنوان مثال، آب (H2O) چهار قلمرو الکترونی در هندسه الکترونی چهاروجهی دارد، اما سه اتم آن شکل مولکولی خمیده‌ای را تشکییل می‌دهند.

پیوندهای چندگانه چگونه بر هندسه مولکولی VSEPR تأثیر می‌گذارند؟

در شمارش VSEPR، یک پیوند دوگانه یا سه‌گانه بین اتم مرکزی و یک اتم خارجی به عنوان یک قلمرو الکترونی منفرد حساب می‌شود زیرا تمام الکترون‌های به اشتراک گذاشته شده در آن پیوند در امتداد یک محور بین‌هسته‌ای قرار دارند، اگرچه چگالی الکترونی بالاتر آن زاویه‌های مجاور را کمی گشادتر می‌کند.

این شبیه‌سازی را جاسازی کنید

آن را در LMS، وبلاگ یا وب‌سایت کلاس خود قرار دهید — رایگان.

<iframe src="https://kiwibee.io/fa/simulations/vsepr-molecular-geometry-3d-simulation/embed" title="اشکال مولکولی VSEPR | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

کاوش را ادامه دهید

Turn, count, unfold and slice 16 solid shapes in 3D. Tap to count faces, edges and corners together, check Euler's rule, open any solid into its net, work out volume and surface area, and cut it to see the cross-section. Includes a mystery-shape game for the whole class.

—

شش مولکول رایج به‌صورت مدل سه‌بعدی گوی و میله با طول پیوند و زاویه‌های اندازه‌گیری‌شده نشان داده می‌شوند. دانش‌آموزان یک مولکول را انتخاب می‌کنند، آن را می‌چرخانند و به نمای پرکردن فضا می‌روند تا فرمول، شکل و جرم مولی آن را بخوانند.

—

Explore an adult male reference body in 3D. Reveal 14 anatomical systems, search thousands of named structures, isolate organs, and pull 2,209 modeled pieces apart to see how the body is organized.

—

Explore the head and neck in 3D: 643 source meshes across 14 layers, 47 facial and masticatory muscles, and 77 drawn nerves, vessels and glands the source scan omits. Open any tooth onto its own pulp canal, and follow the seven stages of tooth development.

—