PowerPoint Presentation

תמליל

1

2 קשר קוטבי Vs. מולקולה קוטבית : איך הם קשורים? נקבע את המבנה המרחבי של מולקולות קטנות נקשר בין מבנה המולקולה לבין קוטביותה נלמד כיצד לקבוע קוטביות של מולקולה נתרגל מושגים אלה

3

4 כאשר שני אטומים אל-מתכתיים זהים יוצרים קשר קוולנטי, גרעין כל אטום מושך באותה מידה את אלקטרוני הקשר. בקשר כזה, אין הפרש בין ערכי האלקטרושליליות, והקשר איננו קוטבי. קשר זה מכונה בשם: קשר קוולנטי טהור. אם האטומים האל-מתכתיים הם שונים, אזי קיים ברוב המקרים הפרש בין ערכי האלקטרושליליות שלהם והקשר הוא קשר קוולנטי קוטבי.

5 כאשר שני אטומים המקיימים ביניהם קשר הם בעלי אלקטרושליליות שונה. הדבר דומה לשני אנשים בעלי כוחות שונים המושכים חבל. כתוצאה מהבדלים באלקטרושליליות נוצר מצב לא מאוזן בו אטום אחד מושך חזק יותר את אלקטרוני הקשר, כך שהוא עשיר באלקטרונים )קוטב שלילי(, ואילו האטום השני עני באלקטרונים )קוטב חיובי(.

6 בכדי לקבוע את קוטביות הקשר אנו משתמשים בסולם האלקטרושליליות של פאולינג שערכיו נעים בין 0-4. ומה בנוגע לקוטביות של מולקולות רבות אטומים?

7 מולקולה היא קוטבית, כאשר יש בה אזור )או אזורים( עשיר באלקטרונים )קוטב או קטבים שליליים( ואזור )או אזורים( עני באלקטרונים )קוטב או קטבים חיוביים(. δ + קוטב חיובי δ קוטב שלילי קוטב חיובי קוטב שלילי δ δ +

8 HBr נוסחה מולקולרית: O 2 : H-Br : : O=O נוסחת ייצוג אלקטרונית : מבנה המולקולה קווי δ + δ מולקולה לא קוטבית מולקולה קוטבית המולקולה תהיה קוטבית, אם הקשר קוטבי

9 במולקולות רבות אטומים נתייחס לא רק לקוטביות הקשרים, אלא גם למבנה המרחבי של המולקולה, על מנת לקבוע את הקוטביות שלה. מולקולה תהיה קוטבית אם יתקיימו בה שני תנאים: הימצאות קשר קוולנטי קוטבי במולקולה הקשרים הקוטביים ימוקמו במולקולה כך, שכוחות המשיכה לא יתבטלו

10 מודל דחית האלקטרונים תאורית ה- VESPR Valence Shell Electron Pair Repulsion - כאשר אטום אל-מתכת יוצר קשרים, לרוב הוא משלים למצב של 8 אלקטרוני ערכיות המסודרים ב- 4 זוגות. אלו יכולים להיות: זוגות אלקטרונים המשתתפים בקשר - זוגות אלקטרונים שאינם משתתפים בקשר זוגות קושרים - זוגות בלתי קושרים. אלקטרוני הערכיות דוחים זה את זה עד למצב בו הדחייה ביניהם תהיה מינימלית, בכדי לצמצם את ההפרעה המרחבית שהם יוצרים זה לזה. זוגות אלקטרונים לא קושרים 'דוחים' יותר מאשר זוגות קושרים.

11 מודל דחית האלקטרונים תאורית ה- VESPR Valence Shell Electron Pair Repulsion - כדי לקבוע את המבנה המרחבי סביב האטום המרכזי נרצה לדעת: כמה אטומים קשורים לאטום המרכזי? כמה זוגות אלקטרונים לא קושרים יש על האטום המרכזי?.1.2 הדגמה על ידי סימולציה: /html/moleculeshapes/latest/moleculeshapes_en.html

12 בהתבסס על הנאמר למעלה, המודל לתיאור התארגנות המולקולות בצורות השונות הוא מודל דחיית האלקטרונים. אלקטרונים אחראיים ליצירת הקשרים הקוולנטיים וביניהם ישנה דחייה. הדחייה מגבילה את התקרבות החלקיקים במולקולה וגורמת להיווצרות צורות של מולקולות. ישנם 5 צורות גיאומטריות של מולקולות* * ישנם צורות נוספות אך הם אינם בתכנית הלימודים שלנו.

13 נכיר את חמשת המבנים העיקריים: מבנה קווי מבנה זוויתי מבנים מישוריים מבנה משולש מישורי מבנה פירמידה משולשת מבנה טטראדר מבנים מרחביים

14 א. מבנה קווי: מבנה מישורי המערב בדרך כלל 2-3 המבנה הקווי נוצר כאשר: אטומים. שני אטומים קשורים זה לזה; או אטום מרכזי הקשור ל- 2 אטומים נוספים ועל האטום המרכזי אין אלקטרונים לא קושרים. כאשר האטומים הנקשרים זה לזה הם בעלי ערך אלקטרושליליות זהה- המולקולה אינה קוטבית כאשר האטומים הנקשרים זה לזה הם בעלי ערך אלקטרושליליות שונה- הקשר קוטבי, אך המולקולה כולה- לא בהכרח קוטבית. הזווית הנוצרת בין הקשרים הינה

15 HCN נוסחה מולקולרית: CO 2 H : C N: O C O ::: :: :: נוסחת ייצוג האלקטרונים:

16 HCN : : H C N ::: CO 2 O :: C :: O נוסחה מולקולרית: נוסחת ייצוג האלקטרונים: כדי למזער את הדחייה בין אלקטרוני הערכיות סביב האטום המרכזי, האלקטרונים יסתדרו בקו ישר כאשר ביניהם. 180 o נקבל מבנה קווי של האטומים במולקולה

17 אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי בעלי אלקטרושליליות זהה המולקולה לא קוטבית אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי הם בעלי אלקטרושליליות שונה המולקולה קוטבית O :: C :: O < : : H C N ::: < > מולקולה קוטבית מולקולה לא קוטבית >

18 ב. משולש מישורי: מבנה מישורי המערב בדרך כלל 4 מבנה משולש מישורי נוצר כאשר: אטומים. אטום מרכזי הקשור ל- 3 אטומים נוספים ועל האטום המרכזי אין אלקטרונים לא קושרים. כאשר 3 האטומים הנקשרים לאטום המרכזי זהים, הם בעלי אלקטרושליליות זהה- המולקולה אינה קוטבית בכל מקרה אחר- המולקולה קוטבית. הזווית הנוצרת בין הקשרים הינה

19 BH 3 נוסחה מולקולרית: CH 2 O C : נוסחת ייצוג האלקטרונים כדי למזער את הדחייה בין אלקטרוני הערכיות סביב האטום המרכזי, האלקטרונים יסתדרו כאשר ביניהם זווית של. 120 o נקבל מבנה משולש מישורי של האטומים במולקולה

20 C אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי בעלי אלקטרושליליות זהה המולקולה לא קוטבית אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי הם בעלי אלקטרושליליות שונה המולקולה קוטבית + δ קוטב חיובי קוטב שלילי מולקולה קוטבית מולקולה לא קוטבית δ

21 זוויתי: ג. מבנה מישורי המערב 3 אטומים. המבנה זוויתי נוצר כאשר: אטום מרכזי הקשור ל- 2 אטומים נוספים ועל האטום המרכזי יש זוג אחד או שניים של אלקטרונים לא קושרים. המולקולה כפופה )זוויתית, צורת "וי"( המולקולה קוטבית תמיד ובכל תנאי. הזווית הנוצרת בין הקשרים הינה 104* * הזווית אינה קבועה ותלויה במספר האלקטרונים הלא-קושרים

22 HNO H 2 O.. נוסחה מולקולרית נוסחת ייצוג האלקטרונים: כדי למזער את הדחייה בין אלקטרוני הערכיות )2 זוגות אלקטרונים קושרים ובדרך כלל 2 זוגות לא קושרים, אם כי במקרים מסוימים ישנו זוג אלקטרונים אחד לא קושר- והזווית גדלה 120(. 0 סביב האטום המרכזי, האלקטרונים יסתדרו במבנה טטראדר, משמעות הדבר כי האטומים במולקולה יהיו מסודרים במבנה של זוויתי.

23 במבנה זוויתי לא קיימת סימטריה בה הקשרים הקוטביים ממוקמים באופן שהם יכולים לבטל זה את זה. בנוסף, פיזור האלקטרונים אינו יכול להיות אחיד עקב קיום זוג אלקטרונים )אד לפחות( לא קושר. לכן מולקולות בעלות מבנה זוויתי תמיד קוטביות... קוטב שלילי קוטב חיובי

24 ד. טטראדר: מבנה מרחבי המערב 5 אטומים. מבנה הטטראדר נוצר כאשר: אטום מרכזי הקשור ל- 4 אטומים נוספים. 1. על האטום המרכזי אין אלקטרונים לא קושרים. 2. כאשר 4 האטומים הקשורים לאטום המרכזי הינם זהים- הם בעלי 3. אלקטרושליליות זהה והמולקולה אינה קוטבית. בכל מקרה אחר- המולקולה קוטבית*. 4. הזווית הנוצרת בין הקשרים הינה * גם כאשר המולקולה נדמית כסימטרית- היא תהיה קוטבית אם האטומים הנקשרים לאטום המרכזי אינם זהים

25 CH 4 נוסחה מולקולרית: CH 3 F C : : C נוסחת ייצוג האלקטרונים: כדי למזער את הדחייה בין אלקטרוני הערכיות סביב האטום המרכזי, האלקטרונים יסתדרו כאשר ביניהם זווית של 109. o נקבל מבנה טטראדר של האטומים במולקולה

26 טטראדר הוא גוף שכל ארבע פאותיו הן משולשים. מתוך סט קובית משחק של מבוכים ודרקונים ישנן מולקולות בעלות מבנה של כל אחד מחמשת הגופים האפלטוניים טטראדר משוכלל הוא טטראדר שכל פאותיו הן משולשים שווי צלעות והוא אחד מחמשת הגופים האפלטוניים.

27 אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי בעלי אלקטרושליליות זהה המולקולה לא קוטבית אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי הם בעלי אלקטרושליליות שונה המולקולה קוטבית C C קוטב שלילי קוטב חיובי מולקולות קוטביות מולקולה לא קוטבית

28 ה. פירמידה משולשת: מבנה מרחבי המערב 4 אטומים. מבנה פירמידה משולשת נוצר כאשר: אטום מרכזי הקשור ל- 3 אטומים נוספים. על האטום המרכזי יש זוג אלקטרונים לא קושרים. המולקולה קוטבית תמיד. הזווית הנוצרת בין הקשרים הינה

29 NH 3 נוסחה מולקולרית: נוסחת ייצוג האלקטרונים : כדי למזער את הדחייה בין אלקטרוני הערכיות )3 זוגות אלקטרונים קושרים וזוג אחד לא קושר( סביב האטום המרכזי, האלקטרונים יסתדרו במבנה טטראדר, משמעות הדבר כי האטומים במולקולה יהיו מסודרים במבנה של פירמידה משולשת...

30 במבנה של פירמידה משולשת לא קיימת סימטריה בה הקשרים קוטביים ממוקמים באופן שהם יכולים לבטל זה את זה. בנוסף, פיזור האלקטרונים אינו יכול להיות אחיד עקב קיום זוג אלקטרונים לא קושר. לכן מולקולות בעלות מבנה פירמידה משולשת תמיד קוטביות..

31 H H C H H H.. N H H H.. O.. H זוגות אלקטרונים לא קושרים 'דוחים' יותר לעומת זוגות קושרים ולכן הזווית קטנה יותר כאשר יש זוגות האלקטרונים לא קושרים

32 כל המולקולות שלפניכן הן בעלות מבנה טטראדר. אלו מהמולקולות הן קוטביות? CHF 3 CH 2 F 2 CH 3 F CH 4 א. CH 3 F, CH 4 ב. CHF 3, CH 2 F 2, CH 3 F כולן ג. ד. CHF 3, CH 3 F

33 כל המולקולות שלפניכן הן בעלות מבנה טטראדר. אלו מהמולקולות הן קוטביות? CHF 3 CH 2 F 2 CH 3 F CH 4 א. CH 3 F, CH 4 ב. CHF 3, CH 2 F 2, CH 3 F ג. כולן ד. CHF 3, CH 3 F קוטביות אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי זהים באלקטרושליליות המולקולה לא קוטבית. אם האטומים הקשורים לאטום המרכזי שונים באלקטרושליליות המולקולה קוטבית.

34 1 זוג אלקטרונים לא קושרים זוויתי 0 קווי זוגות אלקטרונים לא קושרים 2 "ענני אלקטרונים" 3 "ענני אלקטרונים" 4 "ענני אלקטרונים" משולש מישורי.. זוויתי פירמידה משולשת טטראדר קו מייצג קשר קוולנטי יחיד, כפול או משולש קו עבה מייצג קשר ש"יוצא" ממישור התמונה לכיוונינו. קו עבה מקווקו מייצג קשר ש"נכנס" אל מאחורי התמונה. זוגות אלקטרונים לא קושרים

35 אספירין טטראדר משולש מישורי זוויתי קביעת המבנה כפי שראינו עכשיו, נכונה גם למולקולות גדולות יותר. במולקולות גדולות יותר נסתכל בכל פעם על אטום מרכזי אחר.

36 שם המבנה מודל מס' אטומים הקשורים לאטום מרכזי )אם יש( קיום זוגות אלקטרונים בלתי קושרים על האטום המרכזי קוטביות דוגמאות HCl F 2 קווי אין אטום מרכזי אין אטום מרכזי אם יש הפרש אלקטרושליליות CS 2 HCN 2 קווי אין אם קיים שוני באלקטרושליליות באטומים הקשורים לאטום המרכזי H 2 O HOCl 2 זוויתי יש תמיד H 2 CO BH 3 3 משולש מישורי אין אם קיים שוני באלקטרושליליות באטומים הקשורים לאטום המרכזי NH 3 PHCl 2 3 פירמידה משולשת יש תמיד CH 4 CH 2 F 2 4 טטראדר אין אם קיים שוני באלקטרושליליות באטומים הקשורים לאטום המרכזי