NO2 Μοριακή Γεωμετρία και Γωνίες Δεσμών

Στοιχεία που είναι φυσικά ασταθή συνδυάζονται με άλλα στοιχεία για να αποκτήσουν σταθερότητα. Τα αδρανή αέρια ή τα ευγενή αέρια είναι σταθερά. Τα μόρια μπορεί να είναι διατομικά, τριατομικά ή πολυατομικά και μπορούν να αποτελούνται από τον ίδιο τύπο ατόμων ή διαφορετικούς τύπους ατόμων. Τα μόρια που αποτελούνται από δύο άτομα είναι δυαδικές ενώσεις, ενώ αυτά που αποτελούνται από τρία άτομα είναι τριτοταγείς ενώσεις. Οι ενώσεις έχουν σταθερή σύνθεση ανεξάρτητα από την πηγή από την οποία παρασκευάζονται, και αυτό ακολουθεί το νόμο της σταθερής αναλογίας. Τα μόρια έχουν άτομα συνδεδεμένα γύρω τους και καταλαμβάνουν χώρο. Μπορούν να έχουν διαφορετικούς δεσμούς, όπως ομοιοπολικούς και ιονικούς.

Τα ιοντικά και τα ομοιοπολικά μόρια είναι πολύ διαφορετικά μεταξύ τους. Ένας ιοντικός δεσμός σχηματίζεται με τη μεταφορά ηλεκτρονίων, σχηματίζει ιόντα και είναι κρυσταλλικός και μη κατευθυντικός. Ένας ομοιοπολικός δεσμός σχηματίζεται συνήθως με κοινή χρήση ηλεκτρονίων, χωρίς ιόντα, άμορφα στερεά και είναι κατευθυντικός.

Τα μόρια που σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό με τα ίδια άτομα, όπως τα ομοατομικά μόρια, είναι συνήθως διατεταγμένα γραμμικά. για παράδειγμα, τα H2, I2, Br2, Cl2, F2 κ.λπ. είναι δυαδικά μόρια. Τα μόρια που σχηματίζουν ομοιοπολικό δεσμό με τα ίδια άτομα με περισσότερα από δύο άτομα είναι πολυατομικά μόρια. για παράδειγμα, O3, P4, S8. Τα μόρια που σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό με διαφορετικά άτομα συνήθως διατάσσονται σε διάφορες μορφές.

Για να εξηγήσουμε τη μοριακή γεωμετρία και τις γωνίες δεσμών, η πιο σημαντική θεωρία που πρέπει να συζητήσουμε είναι η θεωρία VSEPR.

Διοξείδιο του αζώτου (NO2)

Το άζωτο και το οξυγόνο συνδυάζονται εύκολα για να σχηματίσουν διάφορα οξείδια καθώς το άζωτο εμφανίζει μεταβλητές καταστάσεις οξείδωσης. Στα οξείδια του αζώτου, το άζωτο εμφανίζει πάντα θετικό φορτίο και το οξυγόνο έχει αρνητικό φορτίο. Αυτό συμβαίνει επειδή το οξυγόνο είναι πιο ηλεκτραρνητικό, το άζωτο είναι λιγότερο ηλεκτραρνητικό από το οξυγόνο και το ηλεκτραρνητικό στοιχείο με αρνητικό φορτίο είναι πιο σταθερό. Το άζωτο εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +4 και κάθε οξυγόνο εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης -2. Το συνολικό φορτίο στο μόριο είναι 1(+4) + 2(-2) =0. Το άτομο αζώτου μπορεί να συνδεθεί συντονίζοντας έναν ομοιοπολικό δεσμό και η κατανομή του φορτίου οδηγεί σε αρνητικό φορτίο στο οξυγόνο.

Το άζωτο και όχι το άτομο οξυγόνου είναι το κεντρικό άτομο στο διοξείδιο του αζώτου. Γύρω από το άτομο αζώτου βρίσκονται τα δύο άτομα οξυγόνου που περιβάλλονται από έναν διπλό δεσμό και έναν ομοιοπολικό δεσμό συντεταγμένων. Το ένα άτομο οξυγόνου συνδέεται με διπλό δεσμό με το κεντρικό άτομο αζώτου και το άλλο δεσμεύεται με έναν απλό δεσμό με το άζωτο. Το άζωτο σε αυτό το μόριο έχει μια ημιτελή οκτάδα και έχει περιττά ηλεκτρόνια. Για να ληφθεί μια διαμόρφωση οκτάδας, συνδυάζεται με ένα άτομο οξυγόνου. Τα άτομα οξυγόνου έχουν μια οκτάδα στο μόριο.

Το NO2 είναι ένα ουδέτερο μόριο με περιττά ηλεκτρόνια και μπορεί να συνδυαστεί με άλλα μόρια NO2 και να υπάρχει ως διμερές N2O4. Μπορούμε επίσης να γράψουμε το NO2 ως ιόν NO2- καθώς περιέχει έναν ομοιοπολικό δεσμό συντεταγμένων και ονομάζεται νιτρικό ιόν. Το άζωτο έχει ένα περιττό ηλεκτρόνιο και είναι ένα παράδειγμα περιττού είδους ηλεκτρονίων.

Γεωμετρία

Στη δομή των νιτρικών ιόντων, γύρω από το άτομο του αζώτου, υπάρχουν τρία ζεύγη δεσμών και ένα μόνο ηλεκτρόνιο ή περιττό ηλεκτρόνιο. Η μοριακή γεωμετρία ή το σχήμα μπορεί να αναγνωριστεί με τον υπολογισμό του αριθμού των μοναχικών ζευγών και των ζευγών δεσμών γύρω από το κεντρικό άτομο. Γύρω από το άζωτο, υπάρχουν δύο δεσμοί σίγμα και ένα απλό ηλεκτρόνιο σύμφωνα με την παραπάνω δομή Lewis. Σύμφωνα με τα αξιώματα του VSEPR, το άθροισμα του μοναχικού ζεύγους και του ζεύγους δεσμών είναι ο υβριδισμός του μορίου. Στα ιόντα νιτρώδους, το μοναχικό ζεύγος στο άζωτο είναι μηδέν. Άρα, ο αριθμός είναι 2 (ζεύγη δεσμών) + 1 (μονό ηλεκτρόνιο) =3. Εάν ο αριθμός για υβριδισμό είναι τρεις, σημαίνει ότι το κεντρικό άτομο υφίσταται υβριδισμό sp2. Έτσι, για τον υβριδισμό sp2, η αναμενόμενη γεωμετρία είναι τριγωνική επίπεδη δομή και η γωνία δεσμού είναι 120 μοίρες μεταξύ των ατόμων. Αλλά το ιόν νιτρώδους ιόντος αποκλίνει από το αναμενόμενο στη γεωμετρία καθώς και στη γωνία δεσμού.

Η πραγματική γεωμετρία που παρατηρείται στα ιόντα νιτρώδους είναι το λυγισμένο σχήμα ή το σχήμα V και η γωνία σύνδεσης παρατηρείται ότι είναι 134 μοίρες αντί για 120 μοίρες. Το άζωτο έχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο ή περιττό ηλεκτρόνιο στο μόριο. Σε μόρια που περιέχουν μοναχικό ζεύγος και ζεύγος δεσμών, υπάρχουν απωθήσεις μοναχικού ζεύγους-δεσμού, που οδηγούν σε μεγαλύτερη απόκλιση στη δομή. Στην περίπτωση των νιτρικών ιόντων, λόγω της παρουσίας περιττών ηλεκτρονίων, το μόριο υφίσταται μεγαλύτερες απωθητικές δυνάμεις. Εάν υπάρχει ένα μόνο ζεύγος, η απώθηση μπορεί να είναι ίση και στις δύο πλευρές, αλλά επειδή υπάρχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο ή περιττό ηλεκτρόνιο, οι απωθήσεις δεν είναι καν μεταξύ δύο ατόμων οξυγόνου, γεγονός που τα κάνει να κινούνται ευρύτερα. Αυτή η διεύρυνση των ατόμων του ζεύγους δεσμών αυξάνει τη γωνία δεσμού στο μόριο. Επιπλέον, το σχήμα ή η δομή αλλάζει σε λυγισμένο σχήμα ή σχήμα V, παρόμοιο με ένα μόριο νερού.