المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
القيمة الغذائية للثوم Garlic
2024-11-20
العيوب الفسيولوجية التي تصيب الثوم
2024-11-20
التربة المناسبة لزراعة الثوم
2024-11-20
البنجر (الشوندر) Garden Beet (من الزراعة الى الحصاد)
2024-11-20
الصحافة العسكرية ووظائفها
2024-11-19
الصحافة العسكرية
2024-11-19



Atoms with Unshared Electron Pairs  
  
1675   06:50 مساءً   التاريخ: 31-12-2021
المؤلف : John D. Roberts and Marjorie C. Caserio
الكتاب أو المصدر : Basic Principles of Organic Chemistry : LibreTexts project
الجزء والصفحة : ........
القسم : علم الكيمياء / الكيمياء العضوية / مواضيع عامة في الكيمياء العضوية /


أقرأ أيضاً
التاريخ: 6-1-2022 1121
التاريخ: 2024-07-12 521
التاريخ: 6-10-2020 1099
التاريخ: 14-12-2020 1613

Atoms with Unshared Electron Pairs

Many important molecules such as ammonia, water, and hydrogen fluoride have atoms with unshared pairs of electrons:

Left: ammonia molecule (N H 3). Nitrogen with four pairs of electrons. Hydrogens are attached to three of the electron pairs. Middle: water molecule (H 2 O). Oxygen with four pairs of electrons. Hydrogens attached to two of the pairs of electron. Right: Hydrogen Fluorine (H F). Hydrogen with four pairs of electrons. Hydrogen attached to one of the pairs.

If we formulate each of these molecules in such a way to minimize repulsions between like charges, a basically tetrahedral arrangement will be expected because this will place the nuclei (and electron pairs) as widely separated as possible.

Figure 6-11: Abbreviated atomic-orbital model of ethane showing only the orbitals of the outer-shell electrons

The water molecule could be formulated this way, as in 6, with the oxygen at the center of the tetrahedron:

Tetrahedron structure that resembles a pyramid with a triangle base. An oxygen atom is in the middle of the structure. Each point has a pair of electrons. Two pairs of electrons have hydrogen atoms bonded to them.

The simple picture predicts that the H−O−H bond angle should be tetrahedral, 109.5o. But actually it is 104.5o.

There are two schools of thought as to why the angle is 104.5o. One idea is that the repulsion model is too simple and has to be modified to take into account that the repulsion is more severe between pairs of unshared electrons than between electrons in bonding orbitals on the same atom. This is because when a bond is formed between two nuclei, the attraction of the nuclei for the electrons shrinks the orbitals available to the bonding electrons, thereby reducing their electrostatic repulsion with other pairs. The degree of repulsion between electron pairs diminishes in the sequence: unshared pairs vs. unshared pairs > unshared pairs vs. bonding pairs > bonding pairs vs. bonding pairs. From this, we expect that in water the H−O−H angle will be less than tetrahedral, because the larger repulsion between the two unshared pairs will tend to push the bonding pairs closer together.

H 2 O molecule. Oxygen has four pairs of electrons with two bonded to hydrogens. Largest repulsion between unshared pairs (pairs of electrons with no hydrogens). Intermediate repulsion between unshared pairs and bonding pairs (one pair with a hydrogen and one pair without a hydrogen). Smallest repulsion between bonding pairs (two pairs with hydrogens).

A similar, but smaller, effect is expected for ammonia because now the repulsion is only between the one unshared pair and bonding pairs. The ammonia HNH angle is 107.3o, which is only slightly smaller than the tetrahedral value of 109.5o.

The alternative point of view of why the bond angle of water is 104.5o starts with the premise that, in the simplest approximation, the angle should be 90o90o! To see how this comes about let us compare H:Be:H with H:O:H You will recall that to form two bonds to BeBe, we had to promote an electron and change the electronic configuration to the valence configuration, (2s)1(2p)1. The situation with H2O is different in that the oxygen ground state and valence state are the same, (2s)2(2px)1(2py)1(2pz)1. This means we could form two equivalent bonds to oxygen using the 2py and 2pz orbitals at an angle of 90o (Figure 6-12).

Figure 6-12: Overlap of the hydrogen 1s1s orbitals with y2py and 2pz orbitals centered on oxygen. The p orbitals are represented here with distorted shapes to make the drawing clearer.

Now, to explain why the H−O−H bond angles are 104.5o instead of 90o, we can say that the repulsion between the hydrogen nuclei is expected to widen the bond angle. An argument in favor of this formulation is provided by the bond angle in H2S, which is 92.2o. This is much closer to the 90o90o expected for p-bond orbitals and the hydrogens in H2S would not be expected to repel each other as much as in H2O because sulfur is a larger atom than oxygen.

Both ways of formulating the orbitals used in the bonding of water molecules are in current use. Arguments can be advanced in favor of both. Highly sophisticated quantum-mechanical calculations, which we will say more about later, suggest that oxygen in water molecules uses orbitals that are 18%s and 82%p in its bonds (sp4.5), and furthermore, that the unshared pairs are in equivalent hybrid orbitals [not one pair as (2s)2 and the other as (2p)2]. Each of the unshared electron-pair orbitals of oxygen in water is calculated to be about 40%s and 60%p (sp1.5).

The results are hardly clearcut, but the bonding orbitals are considerably closer to sp3 (25%s and 75%p) than they are to 100%p. We recommend that the bonding orbitals of nitrogen and oxygen be considered to be sp3 and the unshared pairs designated simply as (n)2. An abbreviated atomic orbital model of methanol, CH3OH, made on this basis is shown in Figure 6-13.

Figure 6-13: Abbreviated atomic-orbital model of methanol, CH3OH, showing the orbitals of the outer-shell electrons only




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .