تفاوت هندسه الکترونی و هندسه مولکولی چیه؟

هندسه یک مولکول ویژگی‌های واکنش پذیری، قطبیت و فعالیت بیولوژیکی اون مولکول رو تعیین میکنه. هندسه یک مولکول رو میشه به صورت هندسه الکترونی یا هندسه مولکولی نشون داد. میتونیم برای تعیین هندسه مولکول‌ها از نظریه VSEPR (نظریه دافعه جفت الکترون لایه ظرفیت) استفاده کرد. 

هندسه الکترونی شامل جفت الکترون‌های ناپیوندی توی یک مولکول میشه ولی هندسه مولکولی رو هم میشه با تعداد پیوندهایی که یک مولکول خاص داره، تعیین کرد. تفاوت اصلی بین هندسه الکترونی و هندسه مولکولی اینه که هندسه الکترونی با در نظر گرفتن جفت الکترون‌های ناپیوندی و پیوندها توی یک مولکول مشخص میشه درحالیکه هندسه مولکولی فقط با در نظر گرفتن پیوندهای موجود توی مولکول تعریف میشه. این مقاله تفاوت هندسه الکترونی و هندسه مولکولی از سایت دیفرتو رو مطالعه کنین تا تفاوت و ویژگی‌های اونها رو بهتر درک کنین.

هندسه الکترونی چیه؟

هندسه الکترونی شکل یک مولکوله که با در نظر گرفتن جفت الکترون‌های پیوندی و الکترون‌های تکی پیش بینی میشه. تئوری VSEPR میگه که جفت الکترون‌های اطراف یک اتم خاص همدیگه رو دفع میکنن. این جفت الکترون‌ها میتونن الکترون‌های پیوندی یا غیر پیوندی باشن.

هندسه الکترون‌ها، آرایش فضایی همه پیوندها و جفت الکترون‌های ناپیوندی یک مولکول رو نشون میده. هندسه الکترون رو میشه با استفاده از نظریه VSEPR به دست آورد.

چطوری هندسه الکترونی رو تعیین میکنن؟

برای تعیین هسته الکترونی مراحل زیر رو باید استفاده کرد:

1. اول اتم مرکزی مولکول رو مشخص کنین ولی در نظر بگیرین که باید الکترونگاتیوترین (جاذب‌ترین هسته برای الکترون) اتم باشه.
2. تعداد الکترون‌های لایه ظرفیت اتم مرکزی رو مشخص کنین.
3. تعداد الکترون‌های اهدایی اتم‌های دیگه رو مشخص کنین.
4. تعداد کل الکترون‌های اطراف اتم مرکزی رو محاسبه کنین.
5. این عدد رو به ۲ تقسیم کنین. این کار تعداد گروه‌های الکترونی موجود رو نشون میده.
6. تعداد پیوندهای منفرد موجود در اطراف اتم مرکزی رو از عدد فضایی به دست اومده در بالا کسر کنین. این کار تعداد جفت الکترون‌های تنهای موجود توی مولکول رو نشون میده.
7. در نهایت هندسه الکترون رو میتونین تعیین کنین. در ادامه چند مثال رو برای شما معرفی میکنیم:

۱) برای مثال ابتدا هندسه الکترونی مولکول CH4 رو در نظر بگیرین:

اتم مرکزی مولکول رو باید C در نظر بگیرین که تعداد الکترون‌های ظرفیت اون C = 4 هست. تعداد الکترون‌های اهدایی اتم‌های هیدروژن اطراف اون هم  ۴ تا هست. هیدروژن الکترون ظرفیتش ۱ هست که میشه ۴۱  x 4 = 

تعداد کل الکترون‌های اطراف C  هم ۴ تا هست که با ۴ تا الکترون هیدروژن میشه  ۴ + ۴ = ۸. حالا برای مشخص کردن تعداد گروه‌های الکترونی باید همه الکترون‌ها رو به ۲ تقسیم کنیم که میشه ۴= ۲ / ۸ . 

حالا تعداد پیوندهای یگانه موجود توی این مولکول ۴ تاس، پس  ۰= ۴ – ۴ میشه، با اینکه ۴ هیدروژن اطراف کربنه پس هندسه الکترونی اون چهار وجهی میشه.

۳) مثال دیگه هندسه الکترونی آمونیاک NH3 رو در نظر بگیرین:

اتم مرکزی این مولکول N هست که تعداد الکترون‌های ظرفیت N برابر با ۵ هست. حالا تعداد الکترون‌های اهدایی اتم‌های هیدروژن برابر با ۳ تا هست یعنی: ۳ = x H 3 یا x 1 = 33 .

پس تعداد کل الکترون‌های اطراف میشه ۵ + ۳ = ۸ و تعداد گروه‌های الکترونی میشه ۴= ۲ / ۸ . حالا تعداد پیوندهای یگانه موجود توی این مولکول ۳ تا هست پس میشه ۱ = ۳ – ۴ . یعنی با اینکه دوتا جفت الکترون پیوندی داره پس هندسه الکترونی این مولکول هم میشه چهار وجهی.

۳) مثال دیگه هندسه الکترونی آلومینیوم کلرید AlCl3 رو در نظر بگیرین:

اتم مرکزی مولکول Al هست که  تعداد الکترون‌های لایه ظرفیت اون Al = 3 میشه. تعداد الکترون‌های اهدایی اتم‌های کلر به اتم مرکزی هم ۳ ال هست یعنی: ۳ = x Cl 3 یا ۳ = x 1 3 .

حالا تعداد کل الکترون‌های اطراف میشه N = 3 + 3 = 6 و تعداد گروه‌های الکترونی میشه ۳= ۲ / ۶ . تعداد پیوندهای یگانه موجود توی این مولکول ۳ تا هست و با توجه به تعداد الکترون‌های منفرد آلومینیوم که ۳ تاس میشه  ۰ = ۳ – ۳ . پس هندسه الکترونی اون چون ۳ کلر در اطرافه آلومینیومه پس ساختار اون مسطح مثلثی میشه.

بعضی اوقات، هندسه الکترونی و هندسه مولکولی یکسانن. به این دلیله که جفت الکترون‌های ناپیوندی در غیاب تک الکترون توی تعیین هندسه در نظر گرفته میشن.

هندسه یا ساختار مولکولی چیه؟

هندسه یا ساختار مولکولی شکل یک مولکوله که از طریق هندسه الکترونی محاسبه میشه ولی با در نظر گرفتن جفت الکترون‌های پیوندی پیش بینی میشه. توی این مورد، جفت الکترون ناپیوندی در نظر گرفته نمیشه. علاوه بر این، پیوندهای دوگانه و سه گانه جزو پیوندهای منفرد محسوب میشن. ساختار مولکولی بر اساس این واقعیت تعیین میشن که الکترون‌های ناپیوندی به فضای بیشتری نسبت به جفت الکترون‌های پیوندی نیاز دارن.

به‌عنوان مثال، اگه یک مولکول خاص از دو جفت الکترون پیوندی و یک جفت ناپیوندی تشکیل شده باشه، هندسه مولکولی اون خطی نمیشه یعنی هندسه اون “خمیده یا زاویه دار” میشه چون الکترون ناپیوندی اون به فضای بیشتری نسبت به دو جفت الکترون پیوندی نیاز داره.

در ادامه چند مثال رو برای شما معرفی میکنیم که مثل روش تعیین هندسه مولکولی مشخص میشه ولی بر اساس وجود جفت الکترون توی ساختارش تغییر میکنه:

۱) برای مثال ابتدا هندسه مولکولی H2O رو بررسی میکنیم:

اول اتم مرکزی مولکول رو مشخص میکنیم که در اینجا اتم O هست، با اینکه تعداد الکترون‌های ظرفیت اون O = 6 هست پس تعداد الکترون‌های اهدایی اتم‌های هیدروژن هم روی هم میشه ۲ = ۲ H x . تعداد کل الکترون‌های اطراف ۶ + ۲ = ۸ هست، یعنی تعداد گروه‌های الکترونی میشه ۴ = ۲ / ۸ و چون تعداد الکترون‌های پیوندی این مولکول هم برابر با ۲ تا هست پس تعداد پیوندهای منفرد اونها هم ۲ تاس یعنی میشه ۲ = ۲ – ۴ . نتیجه میگیریم هندسه الکترونی اون با توجه به دوتا جفت الکترون ناپیوندیش به صورت خمیده میشه.

۲) مثال بعدی هندسه مولکولی آمونیاک (NH3) به صورت زیر بدست میاد:

اتم مرکزی مولکول = N

لایه ظرفیت N = 5

اهدایی اتم‌های هیدروژن ۳ = ۳ H x

الکترون‌های اطراف ۵ + ۳ = ۸

گروه‌های الکترونی ۴ = ۲ / ۸ 

جفت الکترون ناپیوندی = ۱

چون تعداد گروه‌های الکترونی موجود برای پیوند ۴ تاس که میشه ۳ = ۱ – ۴ 

پس چون جفت الکترون داره هندسه الکترونی اون هرم مثلثی میشه

پس فهمیدیم هندسه الکترونی آمونیاک چهار وجهیه ولی هندسه مولکولی اون هرم مثلثی میشه.

جدول تشخیص هندسه مولکولی

نمودار زیر بعضی از هندسه‌های مولکول‌ها رو بر اساس تعداد جفت الکترون‌های موجودش نشون میده.

فرق بین هندسه الکترونی و هندسه مولکولی چیه؟

هندسه الکترونی شکل یک مولکوله که با در نظر گرفتن جفت الکترون‌های پیوندی و الکترون‌های تکی پیش بینی میشه. درحالیکه هندسه مولکولی شکل یک مولکوله که بدون در نظر گرفتن جفت الکترون‌های پیوندی پیش بینی میشه. فرمول پیدا کردن ساختار هردوی اینها یکیه تنها تفاوت اونها اینه که باید وجود جفت الکترون‌های پیوندی توی ساختار رو برای پیدا کردن هندسه مولکولی در نظر بگیرین.

موقع پیدا کردن هندسه مولکولی، تک الکترون در نظر گرفته میشن. درحالیکه موقع پیدا کردن هندسه الکترونی، الکترون‌های تکی در نظر گرفته نمیشن. توی هندسه الکترونی برای پیدا کردن هندسه الکترونی باید تعداد کل الکترون‌های ناپیوندی و پیوندی محاسبه بشه، درحالیکه توی هندسه مولکولی برای پیدا کردن هندسه مولکولی باید تعداد جفت الکترون‌های پیوندی موجود توی ساختار محاسبه بشن.

جمع‌بندی

هندسه الکترونی و هندسه مولکولی وقتی که جفت الکترون ناپیوندی روی اتم مرکزی وجود نداشته باشه یکسانن. اما اگه جفت الکترون‌های ناپیوندی روی اتم مرکزی وجود داشته باشه، هندسه الکترونی همیشه با هندسه مولکولی متفاوت میشه. پس تفاوت بین هندسه الکترونی و هندسه مولکولی به وجود جفت الکترون‌های ناپیوندی موجود توی یک مولکول بستگی داره.

منابع:

pediaa.com