Lewis

DENEY

6

Lewis Nokta Yapıları ve VSEPR 1. Giriş Bu deneyde moleküllerin Lewis Nokta yapıları belirlenecek ve VSEPR kuralları ile molekülün geometrisi ve polaritesi tayin edilecektir. 2. Lewis Nokta Yapıları Değerlik

elektronları,

dolu

olmayan

kabuktaki

elektronların

toplamıdır.

Atomların değerlik elektronları, periyodik çizelgedeki grup numaralarına eşittir. Örneğin N ve O atomunun değerlik elektronları sırası ile 5 ve 6 dır. Atomların Lewis yapılarını elde etmek için elementin sembolleri etrafına değerlik elektron sayısı kadar nokta konulur.

N

C

F

O

Değerlik bağı kuramına göre kovalent bağlar değerlik elektronların ortaklaşa kullanılması ile oluşur. Molekülü oluşturan atomlar çevresindeki elektron

sayısını

8’e

tamamlayıncaya

kadar

elektronlarını

ortaklaşa

kullanır.(Oktet kuralı). Hidrojen atomu için dublet kuralı geçerlidir. Kovalent bağ bir çift elektronu temsilen bir çizgi ile gösterilir.

H

F

H

F

Lewis yapısı oluşturma kuralları 1.adım: molekülün toplam değerlik elektron sayısı (V) tespit edilir.

CO2 :

C → 4 x 1 = 4 e- (karbonun 4 değerlik elektronu vardır) O → 6 x 2 = 12 e- (oksijenin6 değerlik elektronu vardır) V = 16 e-

2.adım: Molekülün iskelet yapısı çizilir, yani, merkez atom seçilir ve çevresindeki atomlar ile tek bağ oluşturulur.

Genellikle, moleküldeki en

elektropozitif atom merkez atomudur. 3.adım: Toplam değerlik elektronları, moleküldeki bütün atomlar oktet kuralını sağlayacak şekilde atomlar etrafına yerleştirilir. PCl3 de V = 5 + 3x7= 26

Cl P

Cl

Cl 3a. Toplam elektron sayısı yeterli değilse, tek bağ yerine ikili veya üçlü bağlar oluşturulur. O2 molekülünde V = 2x6 = 12

O O

O O

3b. Toplam elektron sayısı fazla ise, artan elektronlar merkez atomu etrafına konur. Bunlara hipervalent bileşikler veya genişlemiş kabuklar adı verilir. XeF4 de V = 36. Kırmızı noktalar, oktet fazlası elektronları gösterir: F F

Xe

F

F

Bağ derecesi, iki atom arasındaki bağ sayısıdır. Diğer bir değişle, iki atom 2 elektron paylaşırsa tek bağ, 4 elektron paylaşsa çift bağ, 6 elektron paylaşırsa üçlü bağ meydana gelir. Bağ derecesi arttıkça bağ uzunluğu azalır.

Lewis yapılarında atomlar üzerindeki sanal yükleri belirlemek için formal yük kavramı kullanılır. Bir molekülde atomlar üzerindeki formal yüklerin toplamı molekülün (veya iyonun) yüküne eşit olmalıdır. Formal yük = Grup No –( bağ sayısı + lp elektron sayısı) Bazı molekülde birden çok Lewis yapısı yazılabilir. Bu durumda gerçek yapı bu Lewis gösterimlerinin bir rezonans melezidir.

SO bağ derecesi . 1.5

3. Değerlik Kabuğu Elektron Çiftleri İtmesi (VSEPR)

VSEPR, bir moleküldeki elektron çiftleri arasındaki itme kuvvetlerini dikkate alarak

molekül şeklini tahmin etmekte kullanılan kurallardır. Bu kuralların

uygulanmasında Lewis nokta gösterimi esastır. Molekülün Lewis yapısı hâtâlı ise, bulunacak molekül geometrisi de yanlış olur. VSEPR kuralları: 1. Molekülün Lewis nokta yapısı yazılır. Bu gösterime bakılarak merkez atomu çevresindeki ortaklanmamış elektron çiftleri, diğer bir değişle yalın çiftler, (lp) ve bağ yapan elektron çiftleri (bp) tespit edilir. 2. lp ve bp sayılarına bakılarak molekül düzeni molekül düzeni ABnEm belirlenir. Burada A, merkez atomu; B diğer atomları; E, yalın çifleri temsil eder. n ve m tam sayı değeri alan sabitlerdir. Ortaklanmamış elektron çiftlerinin bulunmadığı moleküller ideal geometriler aşağıda verilmektedir.

AB2: Doğrusal AB3: Düzlem üçgen AB4: Dörtyüzlü

AB5: Üçgen çiftpiramit AB6: Sekizyüzlü AB7: Beşgen çiftpiramit

3. Elektron çiftleri arasındaki itme şu sırayı izler. lp - lp > lp - bp > bp - bp üçlü bağ>ikili bağ>tekli bağ 4. Elektronegatif sübstitüentler, daha az s karakterine sahip hibrit orbitalini tercih eder. Elektropozitif sübstitüentler, daha fazla s karakterine sahip hibrit orbitalini

tercih

eder.

(Bent

kuralı).

Diğer

bir

değişle,

Elektronegatif

sübstitüentler bağ elektronlarını kendine çeker , bağın p karakterini arttırır ve bağ açısının azalmasına neden olurlar.

F

F Cl

F

F

Cl

F

F

Xe F

AB5 : Üçgen çift piramit AB4E : Bozulmuş dörtyüzlü

F

çifti Molekül düzeni Molekül Geometrisi AB2 AB3 AB2E AB4 AB3E AB2E2 AB5 AB4E AB3E2 AB2E3 AB6 AB5E AB4E2

Doğrusal Üçgen düzlem Açısal (V şekli) Dörtyüzlü Üçgen piramit Açısal (V şekli) Üçgen çiftpiramit Bozulmuş dörtyüzlü T-şekli Doğrusal Sekizyüzlü Kare piramit Kare düzlem

F

AB4E2: Karedüzlem

En çok rastlanan molekül geometrileri aşağıda verilmektedir. Elektron sayısı 2 3 “ 4 “ “ 5 “ “ “ 6 “ “

F

F

S

P

Örnek CO2 BCl3 SnCl2 CH4 NH3 H 2O PCl5 SF4 ClF3 XeF2 SF6 BrF5 XeF4

4. Moleküllerin Polarlığı Gerçekte, çok az bağ tamamen iyonik veya kovalenttir. İki atom arasındaki elektronegatiflik farkına ∆χ bakarak bir bağın daha çok iyonik mi yoksa kovalent mi olduğunu tayin edilebilir. Elektronlar iki atom tarafından eşit bir şekilde paylaşılıyorsa, veya ∆χ ≈ 0 ise bağ apolardır. Eşit olarak paylaşılmıyorsa, ∆χ ≠ 0 , bağ polardır. Atomlardan bir bağ elektronlarını kendisine çok çekiyorsa bu bağın iyonik olduğu düşünülebilir.

∆χ ≤ 0 -0.4 Apolar kovalent bağ 0.5 ≤ ∆χ ≤ 1.6 Polar kovalent bağ ∆χ ≥ 1.7 İyonik bağ

Bağların polaritesi için elektronegatiflik farkına, moleküllerin polaritesi için ise dipol

momentlerine

bakılması

gerekir.

Polar

bir

kovalent

bağda

yük

dağılımındaki farklılık dipol moment, µ, ile verilir. Dipol moment yük(δ) ve uzaklığın (d) bir çarpımıdır. Dipol momenti olmayan bileşikler apolar moleküllerdir. Bir molekülün polar olabilmesi hem bağlarının polar olması hem de molekülde asimetrik yük dağılımının bulunması gerekir. Diğer bir değişle bağların dipol moment vektörlerinin toplamı sıfır olmalıdır. Aynı atomlu ve molekül düzeni AB2, AB3, AB4, AB5, AB6 olan bileşikler apolar, diğerleri polardır.

BF3 apolar

4. İşlemler Molekül model seti kullanarak çeşitli bileşiklerin modellerini oluşturunuz ve aşağıdaki çizelgeyi doldurunuz. Asistanınıza gösteriniz ve cevaplarınınız doğruluğunu kontrol ediniz. Moleküller

Lewis yapısı

Molekül Düzeni

Molekül Geometrisi

Bağ açıları (tahmini)

Polaritesi

BrF5 SO3 PBr4+ I3COCl2 SO(CH3)2 CCl4

5. Sorular

1. Oktet kuralında atomlar niçin çevresindeki elektron sayısını 8’e tamamlamak ister? 2. Hangi atomlar “Oktet boşluğu olan bileşikler” bileşikler oluşturur? Bu bileşiklere ait örnekler veriniz. 3. “Hipervalent bileşikler”i tanımlayınız ve örnekler veriniz. Hangi atomlar bu bileşikleri oluşturur? Niçin? 4. Oktet kuralına uymayan başka bileşikler var mıdır? ClO2, NO2 molekülleri oktet kuralına uyar mı? Açıklayınız. 5. Üçgen çiftpiramit geometrisinde ideal bağ açıları nedir? Bağlar eşit uzunlukta mıdır? Değilse nedenini belirleyiniz. 6. Üçgen çiftpiramit geometrisinde yalın çiftler hangi konumu tercih eder? Niçin?

7. PCl3(CH3)2 molekülünün molekül geometrisini belirleyiniz. Cl atomları hangi konumu tercih eder? Niçin? 8. CdCl2, SbCl5, TeCl4, PbCl2, AsCl3, TeCl2 moleküllerinin geometrilerini ve polaritesini belirleyiniz. 9. PbCl6-, BrF4-, NH4+ iyonlarının geometrilerini ve polaritesini belirleyiniz. 10. SCN-, CO3-2, NO3- ve, N3- bileşiklerinin rezonans melezlerini yazınız. Lewis gösterimlerinin rezonans melezine katkılarını tahmin ediniz.