Συζητάμε τη μοριακή γεωμετρία, τον υβριδισμό, τη γωνία δεσμού, τον κανόνα της οκτάδας, τη διπολική ροπή και άλλα σχετικά γεγονότα λεπτομερώς και μερικές συχνές ερωτήσεις.
Το διχλωρομεθάνιο, που ονομάζεται κυρίως μεθυλενοχλωρίδιο, είναι ένας πολικός οργανικός διαλύτης που χρησιμοποιείται κυρίως σε διάφορους τύπους χημικής έρευνας και κατασκευής. Είναι ένα πολύ πτητικό υγρό. Η μοριακή μάζα του DCM είναι 84.93 gm/mol. Σημείο τήξεως και σημείο βρασμού του CH2Cl2 είναι -96.7 και 39.6 βαθμοί Κελσίου αντίστοιχα.
Σε αυτό το άρθρο η δομή lewis του CH2Cl2 και άλλα λεπτομερή γεγονότα συζητούνται εν συντομία.
Μοριακή γεωμετρία δομής CH2Cl2 lewis
Η μοριακή γεωμετρία οποιουδήποτε μορίου μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τη θεωρία VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion). η απώθηση μεταξύ των ηλεκτρονίων του κελύφους σθένους θα είναι ελάχιστη.
Αναλύοντας τη θεωρία VSEPR μπορεί να συμπεράνει κανείς ότι η CH2Cl2 έχει τετραεδρική μοριακή γεωμετρία (δομή σαν το μεθάνιο) καθώς το άτομο άνθρακα (κεντρικό άτομο) έχει δύο διαφορετικούς τύπους ατόμων (δύο υδρογόνο και δύο χλώριο) γύρω του.
CH2Cl2 ηλεκτρόνια σθένους δομής lewis
Από το Δομή Lewis Μπορούμε εύκολα να αποφασίσουμε τον αριθμό των δεσμών, των μονών ζευγών σε κάθε άτομο και να είμαστε σίγουροι αν κάθε άτομο πληροί τον αντίστοιχο κανόνα του οκτάρου ή όχι.
Τα ηλεκτρόνια του κελύφους σθένους κάθε ατόμου θα πρέπει να υπολογιστούν πρώτα για να προσδιοριστεί το Δομή κουκίδων Lewis οποιουδήποτε μορίου.
Ο άνθρακας έχει έξι ηλεκτρόνια. Μεταξύ αυτών των 6 ηλεκτρονίων υπάρχουν 2 ηλεκτρόνια στο τροχιακό του 1s και 2 ηλεκτρόνια στο τροχιακό του 2s και τα υπόλοιπα δύο ηλεκτρόνια στο τροχιακό του 2p.
Ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων του φλοιού σθένους του άνθρακα είναι 4. Επομένως, ο άνθρακας χρειάζεται άλλα τέσσερα ηλεκτρόνια για να επιτύχει την οκτάδα του (για να έχει οκτώ ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους που είναι το πιο εξωτερικό κέλυφος).
Το υδρογόνο έχει ατομικό αριθμό 1, επομένως κάθε H έχει 1 ηλεκτρόνιο στο 1s τροχιακό του και χρειάζεται 1 ακόμη για να πετύχει διπλό (για να έχει 2 ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους) καθώς το 1s τροχιακό μπορεί να έχει μόνο δύο ηλεκτρόνια.
Ο ατομικός αριθμός του χλωρίου είναι 17. Το 1s τροχιακό περιέχει 2, το 2s τροχιακό 2 και το 2p περιέχει 6 ηλεκτρόνια. Τα υπόλοιπα επτά ηλεκτρόνια θα γεμίσουν τροχιακά 3s και 3p αντίστοιχα. Άρα το 3s τροχιακό θα έχει δύο και το 3p orbital θα έχει τα τελευταία 5 ηλεκτρόνια.
Ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων κελύφους σθένους είναι 7 σε χλώριο, επομένως χρειάζεται 1 ακόμη ηλεκτρόνιο για να εκπληρώσει την οκτάδα του.
CH2Cl2-lewis-δομή
Σε αυτό το Χ.Θ2Cl2 το μόριο άνθρακα είναι το κεντρικό άτομο (έχει την υψηλότερη ικανότητα σύνδεσης και είναι το μικρότερο από την οκτάδα). Ο άνθρακας χρειάζεται άλλα 4 ηλεκτρόνια για να ολοκληρώσει την οκτάδα του.
Δύο άτομα υδρογόνου και δύο άτομα χλωρίου μοιράζονται αυτά τα 4 ηλεκτρόνια με τον άνθρακα για να επιτευχθεί η οκτάδα.
Το υδρογόνο έχει 1 ηλεκτρόνιο στο 1s τροχιακό του και ως τροχιακό
μπορεί να φιλοξενήσει μόνο δύο ηλεκτρόνια. Έτσι το υδρογόνο
μπορεί να εκπληρώσει μόνο διπλό (έχοντας δύο ηλεκτρόνια στο φλοιό σθένους) παρά οκτάδα.
άνθρακας σχηματίζει δεσμό σίγμα (μονός δεσμός) με δύο άτομα υδρογόνου και χλωρίου όπως φαίνεται στη δομή Lewis.
Δεν υπάρχει άλλο διαφορετικό αποδεκτό δομή lewis για CH2Cl2. Η μετακίνηση των ατόμων χλωρίου δεν παράγει μια νέα δομή. Αυτό συμβαίνει επειδή το μόριο έχει στην πραγματικότητα τετραεδρικό σχήμα και όχι επίπεδο όπως φαίνεται κλασικά Δομή Lewis.
Το CH2Cl2 ακολουθεί τον κανόνα της οκτάδας
Ο κανόνας της Οκτάδας δηλώνει ότι ένα στοιχείο περιβάλλεται από οκτώ ηλεκτροβία μέσα του Δομή Lewis.
Αναλύοντας το Δομή Lewis του CH2Cl2 είναι σαφές ότι δεν παραβιάζει τον κανόνα της οκτάδας.
CH2Cl2 lewis δομή μεμονωμένα ζεύγη
Το διχλωρομεθάνιο έχει έναν άνθρακα δύο άτομα υδρογόνου και δύο άτομα χλωρίου. Στο δομή lewis του CH2Cl2, το άτομο άνθρακα είναι το κεντρικό άτομο καθώς έχει το υψηλότερο κελί (τέσσερα) σε σύγκριση με τα άτομα υδρογόνου και χλωρίου. Και τα δύο άτομα χλωρίου έχουν τρία μεμονωμένα ζεύγη σε καθένα και το άτομο άνθρακα ή υδρογόνου δεν έχει μεμονωμένα ζεύγη.
CH2Cl2 ηλεκτρόνια σθένους δομής lewis
Ας υπολογίσουμε τα ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους (ηλεκτρόνια σθένους) σε κάθε άτομο (δύο χλώριο, δύο υδρογόνο και ένας άνθρακας).
Τα ηλεκτρόνια σθένους στο άτομο άνθρακα είναι τέσσερα (2s2 2p2).
Τα ηλεκτρόνια σθένους σε κάθε άτομο υδρογόνου είναι ένα (1δ1).
Τα ηλεκτρόνια σθένους σε κάθε άτομο χλωρίου είναι επτά (3s2 3p5).
Έτσι τα συνολικά ηλεκτρόνια σθένους στο CH2Cl2 μόριο είναι -
= 4 + (2 × 1) + ( 7 × 2)
= 20
CH2Cl2 lewis δομή επίσημη χρέωση
Επίσημη χρέωση οποιουδήποτε ατόμου σε οποιοδήποτε μόριο μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο που αναφέρεται παρακάτω.
FC = V- N- (B/2)
FC= Τυπικό φορτίο N= Αριθμός μη δεσμευτικών ηλεκτρονίων σθένους
V= Αριθμός ηλεκτρονίων σθένους
B= Συνολικοί αριθμοί συνδεδεμένων ηλεκτρονίων.
Επίσημη χρέωση στο Carbon
FC= 4-0-(8/2) [V=4 , N=0, B=8]
=(4-4) = 0
Επίσημο τέλος για το χλώριο
FC= 7-6-(2/2) [V=7, N=6, B=2]
=(7-6-1) =0
Επίσημη χρέωση για το Υδρογόνο
FC= 1-0-(2/2) [V=1, N=0, B=2]
=(1-1) =0
Για να μάθετε περισσότερα, ακολουθήστε Παραδείγματα Triple Bond: Λεπτομερείς πληροφορίες και γεγονότα
Υβριδισμός CH2Cl2
Ο υβριδισμός ορίζεται κυρίως ως η ανάμειξη τροχιακών που έχουν συγκρίσιμες σε ενέργειες, συμμετρίες και σχήματα. Αυτό το φαινόμενο είναι στην πραγματικότητα κατάλληλο για να ζευγαρώσει τα ηλεκτρόνια και να σχηματίσει χημικούς δεσμούς (σίγμα, π).
Όταν συμμετέχουν δύο μόρια σχηματισμός δεσμών Η επικάλυψη των τροχιακών συμβαίνει λόγω της κοινής χρήσης ηλεκτρονίων. Αυτά τα επικαλυπτόμενα τροχιακά συμβολίζονται ως υβριδικά τροχιακά.
Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι υβριδισμού λόγω διαφορετικού τύπου τροχιακής επικάλυψης.
Ας δούμε την ηλεκτρονική διαμόρφωση θεμελιώδους κατάστασης κάθε ατόμου στο μόριο CH2Cl2.
Άνθρακας (C) : 1 s2 2s2 2px1 2py1
Υδρογόνο (Η): 1s1
Χλώριο (Cl): 1s2 2s2 2p6 3s2 3px2 3py2 3pz1
Στη διεγερμένη κατάσταση, ο άνθρακας έχει ένα από τα ηλεκτρόνια 2s να πήδηξε στο τροχιακό 2p. επομένως η ηλεκτρονική διαμόρφωση (σε διεγερμένη κατάσταση) θα είναι: 1s2 2s1 2p3. Έτσι τα 2s, 2px, 2ρy, 2ρz τα τροχιακά είναι πλέον μισογεμάτα.
Τώρα αυτά τα τέσσερα υβριδικά τροχιακά μαζί σχηματίζουν τέσσερα πανομοιότυπα sp3 υβριδικά τροχιακά (που έχουν την ίδια ενέργεια). Κάθε ένα από αυτά τα 4 τροχιακά έχει ένα ηλεκτρόνιο και μπορεί να δεχθεί ένα ακόμη (η χωρητικότητα κάθε τροχιακού μπορεί να φιλοξενήσει το πολύ δύο ηλεκτρόνια).
Δύο ηλεκτρόνια προέρχονται από καθένα από τα δύο υδρογόνο και τα υπόλοιπα δύο ηλεκτρόνια προέρχονται από καθένα από τα άτομα χλωρίου και σχηματίζουν τέσσερις απλούς ή σίγμα δεσμούς.
Για να μάθετε περισσότερα, ακολουθήστε 15 Παραδείγματα Συντεταγμένων Ομοιοπολικού Δεσμού: Λεπτομερείς πληροφορίες και γεγονότα
.
Bond Angle
Ως γωνία δεσμού ορίζεται η γωνία μεταξύ δύο δεσμών ή τριών ατόμων που σχηματίζουν τους δύο δεσμούς. Η θεωρία VSEPR βοηθά στον προσδιορισμό της μοριακής γεωμετρίας καθώς και της γωνίας δεσμού ενός μορίου.
Υπάρχουν ορισμένες παράμετροι που βοηθούν στην εκχώρηση της γωνίας δεσμού. Είναι ζεύγος δεσμών – απώθηση ζεύγους δεσμών (απώθηση bp-bp), απώθηση μοναχικού ζεύγους (απώθηση lp-lp), απώθηση ζεύγους δεσμών- απώθηση ζεύγους 9 lp-bp), ηλεκτραρνητικότητα του κεντρικού ατόμου καθώς και του υποκαταστάτη άτομα γύρω από το κεντρικό άτομο.
Από το σημείο της μοριακής Γεωμετρίας» συμπεραίνουμε ότι η Χ.Θ2Cl2 έχει τετραεδρική δομή αλλά λόγω της παρουσίας δύο διαφορετικών τύπων υποκαταστατών (H και Cl) αποκλίνει ελαφρά από την ιδανική τετραεδρική δομή και την ιδανική γωνία δεσμού (109.50) όπως το μεθάνιο (CH4), καθώς έχει τέσσερα ίδια άτομα που περιβάλλουν το κεντρικό άτομο άνθρακα.
Ο λόγος για τον οποίο δεν υπάρχει η ιδανική τετραεδρική δομή συζητείται παρακάτω.
Το χλώριο είναι το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο ακολουθούμενο από άνθρακα και μετά υδρογόνο σε αυτό το CH2Cl2 μόριο. Έτσι, το χλώριο έλκει τα ηλεκτρονιακά pais του δεσμού C-Cl προς τον εαυτό του περισσότερο σε σύγκριση με τον άνθρακα. Επομένως, η απώθηση ηλεκτρονίων ζεύγους δεσμών-ζευγών δεσμών σε δύο δεσμούς C-Cl θα είναι μικρότερη από την απώθηση ζεύγους δεσμών - ζεύγους δεσμών σε δύο δεσμούς CH καθώς τα συνδεδεμένα ηλεκτρόνια στον δεσμό CH μετατοπίζονται προς το άτομο άνθρακα.
Επομένως η γωνία δεσμού του 0.
Για να μάθετε περισσότερα, ακολουθήστε 4 παραδείγματα μη πολικών ομοιοπολικών δεσμών:
CH2Cl2 δίπολο δομής lewis
Μια διπολική ροπή εμφανίζεται σε οποιοδήποτε σύστημα στο οποίο υπάρχει διαχωρισμός μεταξύ των φορτίων.
Διπολική ροπή (mu) = φορτίο× μεταξύ πυρηνικού διαχωρισμού μεταξύ δύο ατόμων.
Η διπολική ροπή οποιουδήποτε μορίου συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα «mu» (μ) και η μονάδα διπολικής ροπής είναι το debye.
Αναλύοντας τη δομή (τετραεδρική) του CH2Cl2 μόριο εξάγεται το συμπέρασμα ότι αυτό το μόριο έχει κάποια μη μηδενική διπολική ροπή. Στο Χ.Θ2Cl2 διπολική ροπή των ατόμων HH και των ατόμων Cl-Cl δεν ακυρώνονται μεταξύ τους επειδή δεν βρίσκονται σε γραμμική θέση (η γωνία δεσμού μεταξύ τους δεν είναι 180 0.
Μελετώντας τη διάταξη των μορίων γύρω από το άτομο άνθρακα είναι σαφές ότι η διπολική ροπή δεσμού δύο δεσμών C-Cl δεν μπορεί να ακυρώσει το δίπολο ο ένας του άλλου. Λόγω της διαφοράς στην ηλεκτραρνητικότητα του χλωρίου και του άνθρακα και ο άνθρακας και το υδρογόνο παράγουν α καθαρή μη μηδενική διπολική ροπή (µ≠0) και άρα είναι πολικό μόριο. Σύμφωνα με τη μελέτη που CH2Cl2 shws δίπολη στιγμή 1.6 debye.
Διαβάστε περισσότερα για Παραδείγματα δεσμών υδρογόνου
Έχει το CH2Cl2 ισομερή;
Τα ισομερή έχουν τον ίδιο χημικό τύπο αλλά διαφορετική χημική αναδιάταξη. Για αυτό διαφέρουν ως προς τις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες μεταξύ τους.
Τα ισομερή ταξινομούνται στους παρακάτω όρους-
1.Στερεοϊσομερές
Δεν υπάρχουν δυνατά στερεοϊσομερή για το CH2Cl2 καθώς ο άνθρακας δεν είναι χειρόμορφο κέντρο, απαιτεί ο άνθρακας να συνδεθεί με τέσσερα διαφορετικά άτομα για να είναι ένα χειρόμορφο κέντρο. Επιπλέον, δεν υπάρχουν συνταγματικά ισομερή (ίδιος μοριακός τύπος αλλά διαφορετικός συντακτικός τύπος).
Διαβάστε περισσότερα για Παραδείγματα SN1
Ποια είναι η σημειακή ομάδα του CH2Cl2
Οι σημειακές ομάδες χρησιμοποιούνται κυρίως για την περιγραφή της μοριακής συμμετρίας και είναι η παρουσίαση των στοιχείων συμμετρίας. Οι σημειακές ομάδες χρησιμοποιούνται στη θεωρία ομάδων που βοηθά στον προσδιορισμό των ιδιοτήτων όπως τα μοριακά τροχιακά.
Οι ομάδες σημείων συνήθως αποτελούνται από τα ακόλουθα στοιχεία:
E- Χειριστής ταυτότητας.
Cn– n αναδιπλούμενος άξονας περιστροφής.
σ (σίγμα)- Το επίπεδο του καθρέφτη
i-Inversion Center.
Διχλωρομεθάνιο, CH2Cl2. Υπάρχει ένα C2 (διπλάσιος άξονας περιστροφής) άξονας περιστροφής, τελεστής ταυτότητας (που υπάρχει σε κάθε μόριο), σ(xz επίπεδο) που περιέχει CH2 και σ( yz επίπεδο) που περιέχει CCl2.
Αυτά τα τέσσερα στοιχεία συμμετρίας υπάρχουν στο CH2Cl2 μόριο που δείχνει το μόριο C2V ομάδα σημείων.
