نموذج تنافر زوج إلكترونات مدار التكافؤ ( Vsepr )

[ندوشش]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته ...



يسبب توزيع الروابط حول الذرة المركزية في الجزيئات البسيطة في ظهور بنية هندسية منتظمة للجزيئات..
والإلكترونات في مدارات الربط تقع بعيدة عن بعضها بقدر الاستطاعة بحيث يصل التنافر بين أزواج الإلكترونات إلى حده الأدنى ، مما يضمن ثباتاً واستقراراً للجزيء ... ولقد أطلق على هذا الاتجاه لشرح البنية الهندسية للجزيئات اسم
نموذج تنافر زوج إلكترونات مدار التكافؤ
( Valence ****l Electron-Pair Repulsion )
VSEPR


ولقد ساهم النموذج لبنية الجزيء بسبب تنافر أزواج الإلكترونات مدار الربط في شرح البنية الهندسية للجزيئات والأيونات... ويبني أساس هذا النموذج على الافتراض بأن أزواج من إلكترونات مدار التكافؤ الرابطة وغير الرابطة تبتعد إلى أقصى درجة ممكنة تسمح بها البنية الهندسية للجزيء ...



فعند النظر للجزيئات الثلاثة النشادر ، الماء ، الميثان ...


جزيء الميثـــان :

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo1.gif


تتساوي مدارات الربط الأربعة في جزيء الميثان وبذلك يتساوى التنافر بين أزواج الإلكترونات في جميع مدارات الربط .. ونظراً إلى أن أزواج الإلكترونات تحاول أن تكون بعيدة عن بعضها قدر الاستطاعة وذلك للوصول إلى أدنى حد للتنافر لذلك نجد أن زوايا الروابط في زوايا رباعي السطوح المنتظم ومقدار كل زاوية 109?5.



http://rinada2002.jeeran.com/images/geo11.gif


http://rinada2002.jeeran.com/images/geo12.gif


جزيء النشــادر :

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo13.gif


نجد أن مدارات الـ sp3 الأربعة في الجزيء يحتوي على زوج منفرد من الإلكترونات لا يشارك في الربط وتقع سحابة الشحنة في مدار هذا الزوج المنفرد تحت تأثير نواة واحدة فقط ، ولذلك يكون هذا المدار أكبر من المدار الرابط بين نواتين موجبتين .. وحيث أن التنافر بين هذا الزوج المنفرد من الإلكترونات في مدارات لا تشارك في الربط وبين زوج الإلكترونات المشارك في مدارات الربط يكون أكبر من التنافر بين الأزواج المشاركة في مداراي الربط ... ينتج عن ذلك دفع الروابط N-H نحو بعضها بعضاً حتى تبلغ زاوية الربط H-N-H مقداراً يبلغ 107?3 ، وهي أقل من زاوية رباعي السطوح المنتظم والذي ينتج عن تساوي التنافر بين مدارات الربط الأربعة ..
فيتخذ جزيء النشادر الشكل الهرمي وتحتل ذرة النيتروجين فيه قمة الهرم وتوجد ذرات الهيدروجين في قاعدته الثلاثية ...



جزي المــاء :

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo15.gif


يوجد في جزيء الماء زوجان من الإلكترونات في مدارات الربط وزوجان من الإلكترونات المنفردة في مدارات لا تشترك في الربط .. ويزيد التنافر بين زوجي الإلكترونات المنفردة مقدار الزاوية بينهما إلى أكثر من 109?5 .. وفي نفس الوقت يؤدي التنافر بين الإلكترونات المنفردة والإلكترونات المشتركة في الربط إلى دفع مدارات الربط للاقتراب من بعضها بعضاً وبالتالي تنقص الزاوية H-o-H عن القيمة السابقة لرباعي السطوح لتصل إلى 104?5
وبذلك نجد أن تأثير زوجي الإلكترونات المنفردة في الماء أكبر من تأثير زوج الإلكترونات المنفردة في النشادر ..
يتخذ جزيء الماء شكل الزاوية وتقع ذرة الأكسجين في وسطها أو في قمة الزاوية ...



http://rinada2002.jeeran.com/images/geo16.gif

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo17.gif




ويدلنا التغير الذي حدث في زوايا المركبات الميثان ، النشادر ، الماء على تغير طاقات التنافر بين أزواج إلكترونات الربط BP وبين الإلكترونات المنفردة LP والذي يؤثر من جانبه على طاقة الجزيئات ...
وإذا استخدمنا الرمز LP للدلالة على الإلكترونات المنفردة ، والرمز BP للدلالة على الإلكترونات المشتركة في الربط فسنجد أن طاقات التنافر تتغير بالصورة التالية بين الأزواج المختلفة :


LP-LP > LP-BP > BP-BP


http://rinada2002.jeeran.com/images/geo18.gif



واعتماداً على نموذج يمكننا التنبؤ بترتيب أزواج الإلكترونات هندسياً في مدار التكافؤ للذرة المركزية لجزيئات من نوع وذلك من عدد أزواج إلكترونات الربط وأزواج الإلكترونات المنفردة حول الذرة المركزية ... وتعتمد تنبؤات البنية الهندسية على الافتراضات التالية :



1 – إذا لم توجد أزواج إلكترونات منفردة في مدار تكافؤ ذرة مركزية فإن البنية الهندسية لأزواج الإلكترونات في مدار التكافؤ تتطابق مع البنية الهندسية للجزيء نفسه ...
2 – إذا وجدت أزواج منفردة فإنه يمكن عادة التنبؤ بالبنية الحقيقية للجزيء إذا أخذنا في اعتبارنا فروق طاقات التنافر بين أزواج الربط والأزواج المنفردة ..
3 – عندما يوجد أكثر من ثمانية إلكترونات في مدار التكافؤ للذرة المركزية وواحد أو أكثر من الأزواج المنفردة فإن هذه الأزواج المنفردة تختار أوضاعاً تقلل بها التأثير المتبادل للزواية 90 ..

والآن ما هي قواعد VSEPR :


قبل أن نبدأ في معرفة هذه القواعد ، هنالك أمور يجب علينا معرفتها مثل:


نوع الروابط التساهمية التي تكوّنها ذرّات العناصر ...

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo19.gif

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo20.gif


وكذلك الشكل الهندسي الذي ينتج من خلال عدد الإلكترونات الرابطة والفريدة .

http://rinada2002.jeeran.com/images/geo21.gif




والآن نأتي للخطوة الأساسية في تحديد الشكل الهندسي ألا و هي معرفة تركيب لويس للمركب ومن ثم بإمكاننا تحديد الشكل الهندسي للمركب ..



طريقة تعيين تركيب لويس للمركبات :


1- معرفة كيفية تحديد عدد التكافؤ للعناصر وذلك يتم من خلال التوزيع الإلكتروني للعناصر ..
2 – تحديد الذرّة المركزية وكذلك الذرّات المحيطة بها من خلال الصيغة الكيميائية للمركب ..
3 - تعيين عدد الروابط :
يمكن تعيين عدد الروابط في المركب من خلال حساب القاعدة الثمانية .
ولحساب ذلك علينا معرفة بعض المصطلحات التي سنستخدمها أثناء الحساب وهي :


Octet electrons
ويرمز له بالرمز ( Oe)


وهو عبارة عن العدد النظري للإلكترونات التي تحتاجها كل ذرّة لكي تصل لتركيب الغاز الخامل ..

بينما total valence electrons
ويُرمز له بالرمز ( TVe )

وهو عبارة عن العدد الحقيقي لمجموع إلكترونات التكافؤ لكل ذرّة في المركب ..

إذن :

عدد الروابط في المركب = Oe-TVe

4- الإلكترونات المتبقية :

حساب عدد الإلكترونات المتبقية في المركب وذلك من خلال :

العدد الحقيقي لمجموع إلكترونات التكافؤ - عدد الإلكترونات المستخدمة في تكوين الروابط ..


مثال :

أكتب تركيب لويس للمركب النشادر NH3 ثم حدد الشكل الهندسي له :


http://rinada2002.jeeran.com/images/geo22.gif

بالنسبة للهيدروجين :

عدد الإلكترونات النظري = 3×2 = 6
" ملاحظة الرقم 3 وهو عدد ذرات الهيدروجين في النشادر
الرقم 2 هو عدد الإلكترونات التي يجب أن يحصل عليها حتى يصل إلى تركيب الغازات الخاملة " وفي حالة الهيدروجين فإن أقرب حالة غاز خامل له هو غاز الهيليوم "

حساب عدد الإلكترونات الرابطة :

عدد الإلكترونات النظري – عدد الإلكترونات الحقيقي :
14 – 8 = 6 إلكترونات رابطة ...
عدد الروابط :
وذلك بقسمة عدد الإلكترونات الرابطة على 2
6/2 = 3 روابط ..

وأخيراً حساب عدد الإلكترونات المتبقية :

عدد الإلكترونات المتبقية = عدد الإلكترونات الحقيقي – عدد الإلكترونات الرابطة
8 – 6 = 2 إلكترونان متبقيان وهما عبارة عن الزوج الحر في ذرّة النيتروجين ..

والآن نطبق كل الحسابات لنرسم صيغة لويس .. ومنها نتعرّف على الشكل الهندسي لمركب النشادر ..


1 – صيغة النشادر :
NH3
2 – يتم توزيع وترتيب ذرات وذلك من خلال معرفتنا للذرّة المركزية والذرات المحيطة بها ..
3- عدد الروابط = 3
4 - عدد الإلكترونات المتبقية = 2
5 - تركيب لويس بالروابط :






6 – التركيب النهائي للويس بالإلكترونات المتبقية :


http://rinada2002.jeeran.com/images/geo23.gif



ومن خلال ذلك يتضح الشكل الهندسي لمركب النشادر هو :


http://rinada2002.jeeran.com/images/geo14.gif

وهناك طريقة أخرى لمعرفة الشكل الهندسي للمركبات وهي مشابهة للطريقة الأولى إلا أن هذه الطريقة مختصرة جداً :




1- إحصاء عدد إلكترونات التكافؤ في الذرة المركزية الموجودة في الجزيء .
2- إضافة هذا العدد إلى عدد الإلكترونات التي تكتسبها الذرة بدخولها في روابط تساهمية وفي الذرات المحيطة بها .
3 – قسمة مجموع عدد الإلكترونات على 2 وبالتالي نحصل على عدد الأزواج الإلكترونية الرابطة والفريدة .
4 – توضع الأزواج الإلكترونية التي تحيط بالذرّة المركزية أبعد ما يمكن عن بعضها البعض لانقاص امكانية تنافرها إلى أدنى حد ممكن وبذلك يمكن معرفة الشكل الهندسي الذي يتخذه الجزيء .


أرق التحايا


شاهد أيضاً ...

الـ VSEPR .." عرض شرائح PDF .. بواسطة الفوتوشوب " (http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=66529#goto_threadt ools)


المصـــادر :

كتاب الكيمياء العامة / تشارلز كينان وآخرون .

http://intro.chem.okstate.edu/1314F0...r10/VSEPR.html (http://intro.chem.okstate.edu/1314F00/Lecture/Chapter10/VSEPR.html)

http://www.webchem.net/notes/chemica..._molecules.htm (http://www.webchem.net/notes/chemical_bonding/shapes_of_molecules.htm)

http://chemlabs.uoregon.edu/GeneralR...els/vsepr.html (http://chemlabs.uoregon.edu/GeneralResources/models/vsepr.html)


http://www.faidherbe.org/site/cours/dupuis/vseprev.htm (http://www.faidherbe.org/site/cours/dupuis/vseprev.htm)


http://www.molecules.org/VSEPR_table.html (http://www.molecules.org/VSEPR_table.html)


http://www.miramar.sdccd.cc.ca.us/fa...PRTutorial.htm (http://www.miramar.sdccd.cc.ca.us/faculty/fgarces/ChemComon/Tutorial/VSEPR/VSEPRTutorial/VSEPRTutorial.htm)