Naast hun unieke eigenschappen hebben verschillende moleculen ook verschillende geometrieën. Je kunt valentieschil-elektronenpaarafstoting gebruiken naast de sterisch getal van een molecuul om zijn geometrische structuur te bepalen. Dit is een van de redenen dat begrijpen wat het sterische getal van een molecuul is en hoe je het berekent, cruciaal is voor scheikundestudenten en iedereen die moleculaire geometrie wil onderzoeken.
Het proces om het sterische getal te vinden is echter vrij eenvoudig, zolang je moleculaire bindingen kunt tellen en de Lewis-structuur van een molecuul kunt gebruiken om eenzame elektronenparen te vinden.
Wat is een sterisch nummer?
Het sterische getal van een molecuul is het aantal andere atomen dat aan het centrale atoom van het molecuul is gebonden plus het aantal eenzame elektronenparen dat eraan vastzit.
Dit wordt gebruikt om te bepalen moleculaire geometrie omdat elektronen in paren elkaar afstoten, of die paren nu bindende elektronen zijn of alleenstaande paren die niet aan een bepaald atoom zijn gebonden. Omdat ze zichzelf zo positioneren dat ze maximale scheiding bereiken, vertelt de relatief eenvoudige maat van het sterische getal je de algehele vorm van het molecuul.
Voor een molecuul met een sterisch getal van 2 zal er een lineaire structuur zijn en voor een sterisch getal van 3 zal er een trigonale vlakke structuur zijn. Als we op dezelfde manier doorgaan, leidt een sterisch getal 4 tot een tetraëdrische structuur, 5 geeft een trigonale bipyramidale structuur en een sterisch getal 6 leidt tot een octaëdrische structuur.
Sterische getalformule
De sterische getalformule kan direct worden opgeschreven op basis van de bovenstaande definitie, als:
Sterisch nummer = (aantal atomen gebonden aan het centrale atoom) + (aantal eenzame elektronenparen op het centrale atoom)
De uitdaging bij het berekenen van het sterische getal is daarom minder een van de werkelijke berekening en meer van kijken naar de structuur van het molecuul in termen van binding van elektronen en het vinden van de twee getallen die je nodig hebben. Dit is vrij eenvoudig te doen als je naar de Lewis-structuur van het molecuul kijkt en begrijpt hoe je een eenzaam elektronenpaar kunt vinden.
Lewis-structuur en alleenstaande paren
De Lewis-structuur van een molecuul is een weergave van de elektronen in de valentieschil voor de atomen in het molecuul, in het algemeen weergegeven door stippen rond de atomen, die worden weergegeven door hun standaardsymbolen (bijv. O voor zuurstof, C voor koolstof, H voor waterstof en Cl voor chloor).
Teken eerst de atomen en hun bindingen volgens de molecuulformule en/of wat je al weet over het molecuul. Bijvoorbeeld water (H2O) wordt weergegeven door een centraal O-atoom, met twee H-atomen verbonden door een enkele binding (individuele rechte lijn) aan weerszijden ervan.
Vul de resterende elektronen in de valentieschil in (d.w.z. degenen die beschikbaar zijn voor binding die momenteel geen deel uitmaken van een binding). Voor zuurstof zijn er zes valentie-elektronen, en twee daarvan zijn betrokken bij de bindingen met de waterstofatomen, waardoor er vier valentie-elektronen overblijven. Teken twee paar stippen rond het O-symbool om het diagram te voltooien.
De enige paren voor zuurstof zijn deze twee elektronenparen die niet betrokken zijn bij moleculaire binding. Natuurlijk leiden andere situaties tot verschillende soorten Lewis-structuren, en in bepaalde gevallen moet je wat meer nadenken.
Elektronen vormen bijvoorbeeld geen paren tenzij er geen "ruimten" beschikbaar zijn buiten een paar, b.v. in koolstof zijn er vier valentie-elektronen, maar met in totaal acht beschikbare plekken, hoeven de elektronen geen paren te vormen om in de schaal te passen en dus niet doen.
Een sterisch getal berekenen
Het gebruik van de sterische getalformule is eenvoudig als je de Lewis-structuur voor het betreffende molecuul hebt getekend. Kijk naar het centrale atoom en tel elk van de bindingen (zelfs als het een dubbele of driedubbele binding is) die eraan verbonden zijn als één. Kijk dan naar de stippen rond het atoom: zijn er paren die niet betrokken zijn bij binding? Zo ja, tel er dan voor elk voorbeeld één bij op.
Voor H2O, het centrale zuurstofatoom is gebonden aan twee waterstofatomen en er zijn nog twee paar elektronen omheen. Dit kan in de sterische getalformule worden ingevoegd om het resultaat te vinden:
\begin{uitgelijnd} \text{Sterisch getal} &= \text{(aantal atomen gebonden aan het centrale atoom)} + \text{(aantal eenzame elektronenparen op het centrale atoom)} \\ &= 2 + 2 \\ &= 4 \end{uitgelijnd}
En dus heeft water een tetraëdrische structuur, hoewel een deel van deze structuur bestaat uit de eenzame elektronenparen.
