Vorhersage der geometrischen Form von Molekülen

THEMA 6. Vorhersage der geometrischen Form von Teilchen.
Gespräch:

1. Welche Eigenschaften der kovalenten Bindung sind Ihnen bekannt?

2. Welche Eigenschaft der kovalenten Bindung bestimmt die räumliche Konfiguration (Geometrie) der Teilchen?
   Zur Beschreibung der räumlichen Struktur von Molekülen ist es am bequemsten, das von dem amerikanischen Wissenschaftler L. Pauling vorgeschlagene Modell der Hybridisierung von Atomorbitalen zu verwenden.

3. Was ist die Hybridisierung von Atomorbitalen?

4. Welche Arten der Hybridisierung sind Ihnen bekannt?

II. Zusammenfassung und Systematisierung des Wissens der Schüler.

1. Aufgaben für die Selbstarbeit: Untersuchen Sie die räumliche Konfiguration der Teilchen:

2. Berylliumfluorid – BeF2.
   Abbildung 1. Elektronische Struktur des Berylliumfluorid-Moleküls.
   sp-Hybridisierung von AO; 2 σ-Bindungen
   Das Molekül BeF2 ist linear, der Bindungswinkel beträgt 180°.

3. Bortrifluorid – BCl3.
   Abbildung 2. Elektronische Struktur des Bortrifluorid-Moleküls.
   sp2-Hybridisierung von AO; 3 σ-Bindungen
   Das Molekül BCl3 ist plan, dreieckig, der Bindungswinkel beträgt 120°.

4. Methan – CH4.
   Abbildung 3. Elektronische Struktur des Methan-Moleküls.
   sp3-Hybridisierung von AO; 4 σ-Bindungen
   Das Molekül CH4 ist tetraedrisch, der Bindungswinkel beträgt 109°28'.

5. Ammoniak – NH3.
   Abbildung 4. Elektronische Struktur des Ammoniak-Moleküls.
   sp3-Hybridisierung von AO; 3 σ-Bindungen
   Das Molekül NH3 hat die Form eines regelmäßigen Pyramiden, der Bindungswinkel beträgt 107°03'.

6. Wasser – H2O.
   Abbildung 5. Elektronische Struktur des Wasser-Moleküls.
   sp3-Hybridisierung von AO; 3 σ-Bindungen
   Das Molekül H2O ist winkelig, der Bindungswinkel beträgt 104°05'.

7. Ethylen – C2H4.
   Abbildung 6. Elektronische Struktur des Ethylen-Moleküls.
   sp2-Hybridisierung von AO
   Das Molekül C2H4 ist plan, dreieckig, der Bindungswinkel beträgt 120°.

8. Verbesserung der Fähigkeiten zur Bestimmung der Hybridisierung von Atomorbitalen und der Geometrie von Teilchen.
   Aufgabe: Zur Bestimmung der Struktur von Molekülen in der Gasphase wird manchmal die Methode der Elektronographie verwendet, mit der man die zwischenkernigen Abstände in einem Molekül anhand der Intensität der elastischen Elektronenstreuung finden kann. Nach experimentellen Daten betrugen die zwischenkernigen Abstände im Molekül NCl3 r(N-Cl) = 0,176 nm und r(Cl-Cl) = 0,283 nm. Bestimmen Sie, welche geometrische Figur die Atomkerne in diesem Molekül bilden. Welche Art der Hybridisierung des zentralen Atoms beschreibt diese Molekülstruktur?

Lösung: Alle drei N-Cl-Bindungen im Molekül NC13 sind gleich. Das Molekül kann die Form eines gleichseitigen Dreiecks haben, wenn das Stickstoffatom in der Ebene liegt, die von den drei Chloratomen gebildet wird:
Abbildung 7. Elektronische Struktur des Stickstoffchlorid-Moleküls.
Wenn das Stickstoffatom außerhalb dieser Ebene liegt, hat das Molekül die Form einer dreieckigen Pyramide.
Im ersten Fall beträgt der Winkel zwischen den Bindungen ∠Cl-N-Cl = 120°, im zweiten Fall ist ∠Cl-N-Cl ≠ 120°.
Um diesen Winkel zu berechnen, betrachten wir das gleichschenklige Dreieck ΔCl-N-Cl.
Nach dem Kosinussatz:
r(Cl-Cl)² = r(N-Cl)² + r(N-Cl)² - 2r(N-Cl)²cos(∠Cl-N-Cl), daher
cos(∠Cl-N-Cl) = 1 - 0,283²/(2·0,176²) = -0,293; cos(∠Cl-N-Cl) = 107°
Dies bedeutet, dass das Molekül eine dreieckige Pyramide darstellt. Das zentrale Stickstoffatom befindet sich in einem sp-Hybridisierungszustand.
Antwort: Dreieckige Pyramide.
sp3-Hybridisierung.

III. Zusammenfassung der Unterrichtsstunde. Hausaufgabe.

1. Untersuchen Sie die räumliche Konfiguration der Teilchen SF6, BF3, C2H2.

2. Lösen Sie die Aufgabe: Nach den Daten des Elektronographie-Experiments beträgt der zwischenkernige Abstand im Molekül BI3: r(B-I) = 0,210 nm. Bestimmen Sie, welche geometrische Figur die Atomkerne in diesem Molekül bilden. Bestimmen Sie die Hybridisierung des zentralen Atoms.