Neben ihren einzigartigen Eigenschaften haben verschiedene Moleküle unterschiedliche Geometrien. Sie können die Valenzschalen-Elektronenpaarabstoßung neben dem sterische Zahl eines Moleküls, um seine geometrische Struktur zu bestimmen. Dies ist einer der Gründe, warum das Verständnis der sterischen Zahl eines Moleküls und ihrer Berechnung für Chemiestudenten und alle, die die Molekülgeometrie untersuchen möchten, von entscheidender Bedeutung ist.
Das Ermitteln der sterischen Zahl ist jedoch ziemlich einfach, solange Sie molekulare Bindungen zählen und die Lewis-Struktur eines Moleküls verwenden können, um einsame Elektronenpaare zu finden.
Was ist eine sterische Zahl?
Die sterische Zahl eines Moleküls ist die Zahl der anderen Atome, die an das Zentralatom des Moleküls gebunden sind, plus die Zahl der einsamen Elektronenpaare, die daran gebunden sind.
Dies wird verwendet, um zu bestimmen Molekulargeometrie weil Elektronen in Paaren sich gegenseitig abstoßen, unabhängig davon, ob diese Paare bindende Elektronen oder einsame Paare sind, die nicht an ein bestimmtes Atom gebunden sind. Da sie sich so positionieren, dass sie eine maximale Trennung erreichen, sagt Ihnen das relativ einfache Maß der sterischen Zahl die Gesamtform des Moleküls.
Für ein Molekül mit einer sterischen Zahl von 2 liegt eine lineare Struktur vor, und für eine sterische Zahl von 3 liegt eine trigonal-planare Struktur vor. In gleicher Weise führt eine sterische Zahl von 4 zu einer tetraedrischen Struktur, eine 5 zu einer trigonal-bipyramidalen Struktur und eine sterische Zahl von 6 zu einer oktaedrischen Struktur.
Sterische Zahlenformel
Die sterische Zahlformel lässt sich direkt nach obiger Definition schreiben als:
Sterische Zahl = (Anzahl der an das Zentralatom gebundenen Atome) + (Anzahl der einsamen Elektronenpaare am Zentralatom)
Die Herausforderung bei der Berechnung der sterischen Zahl besteht daher weniger in der eigentlichen Berechnung, sondern eher in der Betrachten Sie die Struktur des Moleküls in Bezug auf die Bindung von Elektronen und finden Sie die beiden Zahlen, die Sie brauchen. Dies ist ziemlich einfach, wenn Sie sich die Lewis-Struktur des Moleküls ansehen und verstehen, wie man ein einsames Elektronenpaar findet.
Lewis-Struktur und freie Elektronenpaare
Die Lewis-Struktur eines Moleküls ist im Allgemeinen eine Darstellung der Elektronen in der Valenzschale für die Atome im Molekül dargestellt durch Punkte, die die Atome umgeben, die durch ihre Standardsymbole angezeigt werden (z. B. O für Sauerstoff, C für Kohlenstoff, H für Wasserstoff und Cl für Chlor).
Zeichne zuerst die Atome und ihre Bindungen nach der Summenformel und/oder was du bereits über das Molekül weißt. Zum Beispiel Wasser (H2O) wird durch ein zentrales O-Atom dargestellt, an dessen beiden Seiten zwei H-Atome durch eine Einfachbindung (einzelne gerade Linie) verbunden sind.
Füllen Sie die verbleibenden Elektronen in der Valenzschale aus (d. h. diejenigen, die für die Bindung verfügbar sind und derzeit nicht Teil einer Bindung sind). Für Sauerstoff gibt es sechs Valenzelektronen, von denen zwei an den Bindungen mit den Wasserstoffatomen beteiligt sind, sodass vier Valenzelektronen ausgefüllt werden müssen. Zeichnen Sie zwei Punktpaare um das O-Symbol, um das Diagramm zu vervollständigen.
Die einsamen Paare für Sauerstoff sind diese beiden Elektronenpaare, die nicht an der molekularen Bindung beteiligt sind. Natürlich führen auch andere Situationen zu anderen Arten von Lewis-Strukturen, und Sie müssen in bestimmten Fällen etwas mehr nachdenken.
Elektronen bilden beispielsweise keine Paare, es sei denn, es sind keine „Räume“ außerhalb eines Paares verfügbar, z. in Kohlenstoff gibt es vier Valenzelektronen, aber mit insgesamt acht verfügbaren Plätzen müssen die Elektronen keine Paare bilden, um in die Schale zu passen nicht.
Berechnen einer sterischen Zahl
Die Verwendung der sterischen Zahlenformel ist einfach, wenn Sie die Lewis-Struktur für das fragliche Molekül gezeichnet haben. Schauen Sie sich das Zentralatom an und zählen Sie jede der daran gebundenen Bindungen (auch wenn es sich um eine Doppel- oder Dreifachbindung handelt) als eine. Betrachten Sie dann die Punkte, die das Atom umgeben: Gibt es Paare, die nicht an der Bindung beteiligt sind? Wenn ja, addieren Sie für jedes Beispiel eins zur Gesamtsumme.
Für H2O, das zentrale Sauerstoffatom ist an zwei Wasserstoffatome gebunden, und es verbleiben zwei Elektronenpaare um ihn herum. Dies kann in die sterische Zahlenformel eingefügt werden, um das Ergebnis zu finden:
\begin{ausgerichtet} \text{sterische Zahl} &= \text{(Anzahl der Atome, die an das Zentralatom gebunden sind)} + \text{(Anzahl der einsamen Elektronenpaare am Zentralatom)} \\ &= 2 + 2 \\ &= 4 \end{ausgerichtet}
Wasser hat also eine tetraedrische Struktur, obwohl ein Teil dieser Struktur aus den einsamen Elektronenpaaren besteht.