NH3 Μοριακή Γεωμετρία και Γωνίες Δεσμών

Τα μόρια που σχηματίζονται μεταξύ διαφορετικών στοιχείων μπορεί να είναι ομοιοπολικά ή ιοντικά. Τα μόρια που περιέχουν διαφορετικά άτομα σε αυτά ονομάζονται ενώσεις. Τα στοιχεία που υπάρχουν σε αυτές τις ενώσεις μοιράζονται ηλεκτρόνια με διάφορους τρόπους και σχηματίζουν δεσμούς μεταξύ τους. Η κοινή χρήση ηλεκτρονίων μπορεί να είναι δύο τύπων μεταξύ των ατόμων:

• Ο πρώτος τύπος είναι όπου τα άτομα δεσμού συνεισφέρουν ένα ηλεκτρόνιο το καθένα και μοιράζονται τα δύο ηλεκτρόνια μεταξύ των ατόμων, γνωστό ως ομοιοπολικός δεσμός.
• Η κοινή χρήση ηλεκτρονίων κατά την οποία ένα από τα άτομα που συνδέονται με δύο ηλεκτρόνια και το άλλο άτομο δεν συνεισφέρει καθόλου ηλεκτρόνια. Τα δύο ηλεκτρόνια μοιράζονται μεταξύ των δύο ατόμων. Αυτός ο τύπος κοινής χρήσης ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός συντεταγμένων.

Ο ομοιοπολικός δεσμός μπορεί να φανεί μεταξύ δύο ατόμων με ίση ηλεκτραρνητικότητα ή με μικρότερη διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα ή δύο μη μετάλλων. Ο ομοιοπολικός δεσμός συντεταγμένων είναι ένας δεσμός παρόμοιος με έναν ομοιοπολικό δεσμό, αλλά ένα από τα άτομα στο μόριο θα πρέπει να έχει ένα επιπλέον ζεύγος ηλεκτρονίων όπως ένα μοναχικό ζεύγος. Τα ηλεκτρόνια που δεν συμμετέχουν στον δεσμό αλλά υπάρχουν στο κέλυφος σθένους του κεντρικού ατόμου ονομάζονται μοναχικό ζεύγος. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μπορούν να μοιραστούν μεταξύ δύο ατόμων μπορεί να είναι 2,4 ή 6, όπου 2 είναι το ελάχιστο και 6 το μέγιστο.

Μόριο αμμωνίας (NH3)

Το NH3 είναι ο μοριακός τύπος για την αμμωνία. Το άζωτο είναι το κεντρικό άτομο της αμμωνίας και το Η είναι τα συνδεδεμένα άτομα γύρω από το άζωτο. Η αμμωνία είναι μια βάση που έχει έντονη μυρωδιά. Η αμμωνία μπορεί να υπάρχει τόσο υγρή όσο και αέρια. Η αμμωνία και οι ενώσεις της αμμωνίας μπορούν να δείξουν ότι η βασική τους φύση γίνεται κόκκινη μπλε λακκούβα.

Γεωμετρία

Η γεωμετρία του μορίου της αμμωνίας εξηγείται από τη θεωρία του δεσμού σθένους (VBT) και τη θεωρία της απώθησης ζεύγους ηλεκτρονίων κελύφους σθένους (VSEPR). Η θεωρία του δεσμού σθένους εξηγεί τον δεσμό στο μόριο με την επικάλυψη τροχιακών στο κέλυφος σθένους.

Στο NH3, το N έχει ηλεκτρονική διαμόρφωση 1s22s22p3.

Χρησιμοποιεί τροχιακά 2s και 2p στο κέλυφος σθένους και υφίσταται υβριδισμό sp3 για να δώσει τέσσερα υβριδικά τροχιακά και να επικαλύπτονται  κατά μέτωπο και να οδηγούν σε δεσμούς σίγμα. Από τους τέσσερις δεσμούς σίγμα, οι τρεις είναι με ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο και ο ένας είναι με ηλεκτρόνια μεμονωμένου ζεύγους.

Σύμφωνα με το VBT, για τον υβριδισμό sp3, η γεωμετρία είναι τετραεδρική και η γωνία σύνδεσης είναι 109,28 μοίρες.

Η πραγματική γεωμετρία για την αμμωνία είναι τριγωνική πυραμιδική και η γωνία δεσμού της είναι 107 μοίρες. Αυτό δεν μπορεί να εξηγηθεί από το VBT, αλλά μπορεί να εξηγηθεί από τη θεωρία VSEPR.

Θεωρία VSEPR

Η θεωρία απώθησης ζεύγους ηλεκτρονίων κελύφους σθένους δηλώνει ότι το σχήμα και η γεωμετρία ενός μορίου καθορίζονται από τις απωθήσεις που υπάρχουν μεταξύ των ηλεκτρονίων του ζεύγους δεσμών και των ηλεκτρονίων του μοναδικού ζεύγους του κεντρικού ατόμου.

Μόριο αμμωνίας:

N – ατομικός αριθμός 7 – 1s22s22p3

Το N στο NH3 έχει τρεις δεσμούς γύρω του και ένα μοναχικό ζεύγος.

Σύμφωνα με τη θεωρία VSEPR, το άθροισμα του αριθμού των μεμονωμένων ζευγών και των ζευγών δεσμών του κεντρικού ατόμου δίνει τον υβριδισμό του μορίου.

Στην αμμωνία, το άθροισμα του μοναχικού ζεύγους και του ζεύγους δεσμών είναι 1+3 =4

Εάν ο αριθμός του υβριδισμού είναι τέσσερις, τότε ο υβριδισμός του κεντρικού ατόμου είναι sp3. Η αναμενόμενη γωνία σύνδεσης είναι 109,28 μοίρες και η γεωμετρία είναι τετραεδρική.

Αντίθετα, η αμμωνία εμφανίζει τριγωνική πυραμιδική γεωμετρία και γωνία δεσμού <109, και ο λόγος πίσω από αυτήν την απόκλιση εξηγείται από τη θεωρία VSEPR.

Λόγος

Στην περίπτωση της αμμωνίας, τα μόρια είναι γύρω από το Ν και υπάρχουν τρεις δεσμοί μεταξύ Ν και Η (Ν-Η). Το N έχει τέσσερα υβριδικά τροχιακά sp3 στα οποία τρία τροχιακά είναι με μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια και ένα τροχιακό είναι με ηλεκτρόνια μεμονωμένου ζεύγους. Έτσι, υπάρχουν τρία ζεύγη δεσμών και ένα μοναχικό ζεύγος, τα οποία τοποθετούνται το ένα κοντά στο άλλο. Υπάρχουν απωθήσεις ζεύγους δεσμών-ζευγών δεσμών καθώς και απωθήσεις ζεύγους μοναχικού δεσμού. Σε σύγκριση με τις απωθήσεις ζεύγους δεσμών-ζευγών δεσμών, τα ζεύγη μοναχικού δεσμού-δεσμού είναι πιο ισχυρά και ωθούν τα ζεύγη δεσμών μακριά από το μοναχικό ζεύγος, με αποτέλεσμα τη μείωση της γωνίας δεσμού και επίσης μια απόκλιση στη γεωμετρία από το αναμενόμενο.

Ενημέρωση του περιεχομένου

Τα ομοιοπολικά μόρια συνδυάζονται με άλλα άτομα μοιράζοντας ηλεκτρόνια και σχηματίζοντας ενώσεις. Στα ομοιοπολικά μόρια, τα άτομα συνδέονται μοιράζοντας ηλεκτρόνια και αυτοί οι δεσμοί ονομάζονται ζεύγη δεσμών ηλεκτρονίων ζεύγους δεσμών. Τα μόρια περιέχουν διαφορετικά άτομα στα οποία υπάρχει ένα κεντρικό άτομο και τα υπόλοιπα άτομα δεσμού. Το κεντρικό άτομο είναι το άτομο στο μόριο με υψηλό σθένος ή περισσότερο αριθμό δεσμών που συνδέονται με αυτό. Τα συνδεδεμένα άτομα έχουν μικρότερο σθένος από το κεντρικό άτομο. Ένα κεντρικό άτομο περιέχει περισσότερα ηλεκτρόνια σθένους στο εξωτερικό του περίβλημα και μοιράζεται ηλεκτρόνια με άλλα άτομα ή μπορεί να περιέχει μη συνδεδεμένα ηλεκτρόνια που ονομάζονται μοναχικά ζεύγη. Όλα τα άλλα άτομα συνδέονται και διατάσσονται στον χώρο γύρω από το κεντρικό άτομο. Αυτή η διάταξη των συνδεδεμένων ατόμων γύρω από το κεντρικό άτομο δίνει γεωμετρία και σχήμα στα μόρια.