Teoretický základ

Struktura molekul nepřechodných prvků lze nejlépe vyjádřit pomocí elektronových (Lewisových) vzorců. Elektronové a Lewisovy vzorce znázorňují rozložení valenčních elektronů v kovalentní látce: rozložení vazebných a nevazebných elektronových párů. Této metodě se říká VSEPR (z anglického Valence Shell Electron Pair Repulsion)

 Postup pro sestavení vzorce je následující:

1. Spočítat celkový počet valenčních elektronů zúčastněných atomů, včetně korekce na náboj iontu

2. Spočítat počet elektronových párů

3. Nakreslit skelet molekuly, přičemž molekulu tvoří centrální atom a periferní atomy

4. Ze zbývajících elektronových párů doplnit oktet nejprve u atomů na periferii molekuly (jenom u vodíků oktet nelze)

5. Zbývající elektronové páry přidělit centrálnímu atomu

6. Stanovit formální náboje atomů

7. U prvků druhé periody dodržet oktet

 

V následující tabulce jsou popsány jednotlivé strukturní typy, který jsou součástí průběžných i zkouškových testů.


Tabulka C. Jednotlivé strukturní typy (A a B jsou prvky, E je volný elektronový pár)

Strukturní typ Hybridizace TvarDipólový moment Příklad
AB2 sp lineární  = 0 CO2
AB2E
 sp2 lomená molekula ≠ 0 SO2
AB2E2 sp3
 lomená molekula ≠ 0 H2O
AB2E3 „sp3“  (sp3d) lineární = 0 XeF2
AB3 sp2 trojúhelník  = 0 NO3-
AB3E sp3 trigonální pyramida ≠ 0 NH3
AB3E2 „sp3“  (sp3d) T-tvar  ≠ 0 BrF3
AB4 sp3 tetraedr  = 0 CH4
AB4E „sp3“  (sp3d) houpačka ≠ 0 SF4
AB4E2 „sp3“  (sp3d2) čtverec = 0 XeF4
AB5 sp3“  (sp3d) trigonální bipyramida  = 0 PCl5
AB5E „sp3“  (sp3d2) tetragonální pyramida ≠ 0 BrF5
 AB6  „sp3“  (sp3d2)  oktaedr   = 0  SF6

Pozn.: V tabulce u hybridizace je možné naleznout  „sp3“  (sp3d) a „sp3“  (sp3d2), což může být zavádějející. Ve starší literatuše se setkáváme s hybridizací sp3d a sp3d2, což umožnuje jednoduché vysvětlení vazebných poměrů ve zmíněných strukturních typech. Moderní výpočetní metody však prokázaly, že se d orbitaly na vazbách v molekulách nepřechodných prvků podílejí pouze velmi malou mírou, proto je vhodnější d orbitaly neuvádět. Předpokládá se tedy, že např. u AB5 a AB6 jsou hybridní orbitaly váhovány pouze z s- a p-orbitalů, řád vazby je menší než jedna.

Pomocí elektronového (Lewisova) vzorce určíme:

A. Tvar molekuly nepřechodných prvků

B. Donorové a akceptorové možnosti molekuly, obvykle jejího středového atomu

Lewisova báze (LB) = donor elektronového páru (nukleofilní částice), v elektronovém vzorci má volný elektronový pár.

Lewisova kyselina (LK) = akceptor elektronového páru (elektrofilní částice)

C. Dipólový moment

D. Symetrii molekul (OACH II)


Na závěr jsou uvedeny příklady nejčastějších chyb v kreslení elektronových vzorců:

 1)      Formální náboj je nedílnou součástí elektronového vzorce a bez formálních nábojů není elektronový vzorec správný – např. koncové kyslíky bez náboje by znamenaly, že kyslík má 7 valenčních elektronů místo šesti:

              ŠPATNĚ                                                           SPRÁVNĚ

                                                                 


2)      Nedodržení oktetu u prvků druhé periody – malé atomy 2. periody (C, N, O, F) se vždy snaží obklopit čtyřmi páry elektronů; najdeme velice málo molekul, kde toto pravidlo není naplněno

nezobrazení rezonančních struktur – kompletní elektronový vzorec správně zobrazuje všechny resonanční struktury (zobrazeno pro NO3-); v kurzu OACH I se akceptuje zakreslení jedné resonanční podoby (při dodržení všech ostatních pravidel)

                      ŠPATNĚ                                                                                                                                               SPRÁVNĚ

                                                         

3)      Překročení oktetu – prvky druhé periody nemají energeticky dosažitelné orbitaly, které by mohly využít ke zvýšení vaznosti nad elektronový oktet (zobrazeno překročení oktetu u dusíku)

                            ŠPATNĚ

        

 

4)      Nadbytečná tvorba dvojných vazeb – přestože sousední opačné formální náboje predikují zvýšenou elektronovou hustotu (násobnou vazbu), tak je správnější nechat tyto násobné vazby rozepsané do těchto nábojů (vyjímku tvoří molekuly, kde musíme násobné vazby zakreslit kvůli naplnění oktetu – viz výše uvedený příklad NO3- )

                                          ŠPATNĚ                                                                                               SPRÁVNĚ

                                               

 

Příklady k procvičení

Příklady k procvičování naleznete na následujících stránkách:

https://ach.vscht.cz/elektronove-vzorce/

https://ach.vscht.cz/geometrie-molekul-vsepr/

                                                             





Naposledy změněno: pondělí, 27. června 2022, 11.20