Молекулы с различным числом электронных пар

Молекулы формируются в результате взаимодействия атомов, стремящихся к достижению устойчивой электронной конфигурации. Основным критерием формирования молекул является количество валентных электронов и распределение электронных пар вокруг центрального атома. Электронные пары делятся на связующие и свободные (неподелённые) пары. Связующие пары участвуют в образовании химических связей, а свободные пары оказывают значительное влияние на геометрию молекулы.

Геометрия молекул с двумя электронными парами

Если вокруг центрального атома находятся две электронные пары, молекула принимает линейную форму. Связи располагаются под углом 180°, что минимизирует электронно-электронное отталкивание. Примеры: CO₂, BeCl₂. Ключевые особенности:

  • Отсутствие свободных пар на центральном атоме.
  • Симметричное распределение заряда.
  • Полярность молекулы определяется различием электроотрицательностей атомов.

Геометрия молекул с тремя электронными парами

При трёх электронных парах вокруг центрального атома молекула образует треугольную плоскую структуру с углом между связями приблизительно 120°. Если одна пара — свободная, форма изменяется на изогнутую (V-образную). Примеры:

  • BF₃ — треугольная плоская, все пары связующие.
  • SO₂ — V-образная, одна свободная пара.

Влияние свободной пары:

  • Увеличивает отталкивание, уменьшая углы между связующими парами.
  • Создаёт асимметрию молекулы и влияет на полярность.

Геометрия молекул с четырьмя электронными парами

При четырёх парах вокруг центрального атома молекулы формируют тетраэдрическую структуру. Угол между связями составляет примерно 109,5°. Если присутствуют свободные пары, структура трансформируется:

  • Тригонометрическая пирамида — одна свободная пара (например, NH₃).
  • Изогнутая форма — две свободные пары (например, H₂O).

Особенности:

  • Свободные пары занимают больше пространства, чем связующие.
  • Геометрия определяется не только количеством связей, но и количеством свободных электронных пар.

Геометрия молекул с пятью электронными парами

Для пяти электронных пар центральный атом формирует тригонально-бипирамидальную структуру. Распределение пар происходит так, чтобы минимизировать отталкивание: три пары в плоскости экватора, две пары — на оси апекса. Если присутствуют свободные пары, молекула приобретает форму:

  • Сёдло — одна свободная пара (например, SF₄).
  • Т-образная — две свободные пары.
  • Линейная — три свободные пары (например, XeF₂).

Ключевой момент: свободные пары предпочитают экваториальные позиции, снижая угол отталкивания с другими связями.

Геометрия молекул с шестью электронными парами

Молекулы с шестью парами формируют октаэдрическую структуру, углы между связями равны 90° и 180°. Свободные пары изменяют форму:

  • Квадратная пирамида — одна свободная пара (например, BrF₅).
  • Квадратная плоскость — две свободные пары (например, XeF₄).

Особенности:

  • Свободные пары располагаются на максимальном расстоянии друг от друга.
  • Октаэдрическая геометрия обеспечивает минимальное электронное отталкивание.

Влияние неподелённых пар на свойства молекул

Неподелённые пары не участвуют в химических связях, но существенно влияют на:

  • Полярность молекулы — создают асимметрию распределения заряда.
  • Углы связей — увеличивают отталкивание соседних связей, уменьшая углы между ними.
  • Стерические эффекты — затрудняют приближение других молекул или ионов, влияя на реакционную способность.

Взаимосвязь числа электронных пар и химических свойств

Количество связующих и свободных электронных пар определяет:

  1. Форму молекулы — линейная, плоская треугольная, тетраэдрическая, тригонально-бипирамидальная, октаэдрическая.
  2. Полярность и дипольный момент — асимметрия формирует диполи.
  3. Сила межмолекулярных взаимодействий — влияет на температуру плавления и кипения, растворимость.
  4. Реакционную способность — наличие неподелённых пар может создавать нуклеофильные центры.

Электронная структура и расположение пар определяют фундаментальные характеристики молекул и их химическое поведение, связывая геометрию с физическими и химическими свойствами веществ.

Оглавление