Warto wiedzieć, że ...

Geometria swobodnych cząsteczek

Struktura chemiczna i właściwości fizykochemiczne cząsteczek i substancji są ze sobą ściśle powiązane. Nie zniekształconą geometrię cząsteczki uzyskujemy tylko wtedy, gdy nie podlega ona żadnym wpływom zewnętrznym. Powiemy wówczas, że jest to cząsteczka swobodna.

Reprezentacje klasyczne modeli molekuł swobodnych

animacje 3D - wybranych cząsteczek związków chemicznych

„Atomy w molekule” i „w sieci kryształu”

reprezentacje molekuł swobodnych wg modeli klasycznych
przejdź do animacji 3D »

Warto wiedzieć, że ...

Klasyczne modele cząsteczek

od dawna stosowane w nauczaniu kulki z pręcikami zwane potocznie „atomami do nauczania chemii” - nie uwzględniają kwantowego zachowania małych cząstek, koncepcje wiązania chemicznego opierają na teorii Lewisa i Kossela itd. - nie przypominają oczywiście atomów - ale całkiem nieźle układają się w kształty bardzo przypominające zachowanie się atomów w molekułach.

Klasyczne modele cząsteczek

Budowa cząsteczek związków chemicznych a teoria VSEPR

Przez klasyczne rozumiemy modele, które nie uwzględniają kwantowego zachowania małych cząstek, w szczególności elektronu. Modele te generalnie zakładają, że elektrony i jony zachowują się jak ładunki punktowe, które przyciągają się i odpychają zgodnie z prawami elektrostatyki.
Z drugiej strony należy zwrócić uwagę, że VSEPR nie zajmuje się zagadnieniem czym jest wiązanie chemiczne, jak się tworzy itd. Istotą VSEPR jest propozycja opisu w jakich kierunkach wokół atomu centralnego mogą tworzyć się wiązania przy założeniu, że ujemnie naładowane obszary tworzące coś co nazwiemy parami elektronowymi powłoki walencyjnej dążą do zachowania największych odległości pomiędzy sobą. Taki rozkład przestrzenny wskazuje na możliwy kształt cząsteczek dla danej konfiguracji elektronów czymkolwiek by one były. Więcej o wiązaniu chemicznym dyskutujemy w części im dedykowanej.
Te klasyczne modele są niezwykle przydatne w wizualizacji rozkładu przestrzenego „atomów w molekule” - oczywiście w ramach przyjętego przybliżenia - czy jak powiemy do określenia kształtu molekuł lecz również stały się pomocne w zagadnieniach dyskusji wielu właściwości fizycznych, chemicznych czy bilogicznych wynikających właśnie z budowy przestrzennej cząsteczek. Służą także jako podstawa ogólnej klasyfikacji związków chemicznych na kategorie „kowalencyjne” i „jonowe”.

Metan - reprezentacja czaszowa

metan: CH4, długości wiązań O-H: 0,110 nm, kąty walencyjne: 109,50

Metan - reprezentacja kulkowo-pręcikowa

metan: CH4, długości wiązań O-H: 0,110 nm, kąty walencyjne: 109,50

Metan - reprezentacja szkieletowa

metan: CH4, długości wiązań O-H: 0,110 nm, kąty walencyjne: 109,50

Woda - reprezentacja czaszowa

woda: H2O, długości wiązań O-H: 0,096 nm, kąty walencyjne: 1040

Woda - reprezentacja pręcikowo-kulkowa

wolne pary elektronowe zaznaczono

woda: H2O, długości wiązań O-H: 0,096 nm, kąty walencyjne: 1040

Woda - reprezentacja szkieletowa

wolne pary elektronowe zaznaczono

woda: H2O, długości wiązań O-H: 0,096 nm, kąty walencyjne: 1040

Amoniak - reprezentacja czaszowa

bez oznaczania wolnych par elektronowych

amoniak: NH3, długości wiązań N-H: 0,101 nm, kąty walencyjne: 1070

Amoniak - reprezentacja kulkowo-pręcikowa

wolne pary elektronowe zaznaczono

amoniak: NH3, długości wiązań N-H: 0,101 nm, kąty walencyjne: 1070

Amoniak - reprezentacja szkieletowa

wolne pary elektronowe zaznaczono

amoniak: NH3, długości wiązań N-H: 0,101 nm, kąty walencyjne: 1070

Klasyczne modele cząsteczek

Budowa molekuł a teoria VSEPR

Na początek zwróćmy uwagę na pozornie drobny błąd spotykany często - chodzi o pomijanie Pair w rozwinięciu skrótu VSEPR. Podkreśmy to - VSEPR nie zajmuje się rozkładem przestrzennym elektronów w atomie swobodnym lecz rozkładem przestrzennym par elektronowych w „atomie w molekule”. Jeżeli przyjmiemy, że wiązania chemiczne tworzą się dzięki uwspólnieniu elektonów rozumianych jako obszar przestrzeni o ładunku ujemnym - jakkolwiek ten obszar rozumiemy - to VSEPR proponuje by ich rozkład wynikał z dążności do stabilnej struktury wokół atomu centralnego przy założonym typie oddziaływania elektrostatycznego. Pomijamy tutaj oczywiście dyskusje n/t - dlaczego elektrony trzymają się w pobliżu atomu centralnego - dlatego mówimy o parach elektronów w powłoce walencyjnej.
Nie wdając się zatem w dyskusję czym jest wiązanie chemiczne - będziemy na nie patrzyli jak na pewną relację wzajemną pomiędzy atomami, która sprawia że zbiór atomów staje się uporządkowany łącząc się pomiędzy sobą, tworząc mniej lub bardziej stabilne struktury przestrzenne o unikalnych właściwościach fizycznych, chemicznych, czy biologicznych.
przejdź do wiązania chemiczne ≫