Was ist die sterische Zahl?

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Die sterische Zahl ist mit einem Modell verbunden, das die Form mehratomiger Moleküle oder Ionen vorhersagt ; die Theorie der Valenzschalen-Elektronenpaarabstoßung (VREPEV) . Das Modell basiert auf der elektrostatischen Abstoßung der Valenzelektronenpaare um das Atom herum. Die Grundhypothese des Modells ist, dass sich diese Elektronen gegenseitig abstoßen, sie also räumlich so angeordnet sind, dass die Abstoßung minimiert wird, und auf diese Weise die Geometrie des Moleküls definiert ist. Die Anzahl der Valenzelektronenpaare um das Atom herum, sowohl derer, die eine Bindung teilen, als auch derer, die dies nicht tun, wird als sterische Zahl bezeichnet.

Das TRePEV-Atommodell ist eine Alternative zur Valenzbindungstheorie, die sich dem Problem annimmt, indem sie energetisch zugängliche Orbitale bestimmt, um Bindungen zu bilden, und auch zur Molekülorbitaltheorie, die die Bildung von Molekülorbitalen untersucht, um zu bestimmen, wie sich Atome verbinden, um mehratomige Moleküle oder Ionen zu bilden . Das TRePEV-Modell ist begrenzt, da es eine qualitative Theorie ist, keine quantitative, die darauf beschränkt ist, molekulare Geometrien zu erhalten. Andererseits beschreibt TRePEV viele Strukturen von Übergangsmetallverbindungen nicht korrekt, deren Valenz auf die Wechselwirkung der d- Elektronen der Elektronenhülle mit Liganden zurückzuführen ist, die weiter von der Reichweite der ungebundenen Elektronenpaare entfernt sind.

Berechnung der sterischen Zahl

Die sterische Zahl errechnet sich aus der Summe der nicht an das Zentralatom gebundenen Elektronenpaare plus der Anzahl der an das Zentralatom gebundenen Atome . Sehen wir uns einige Beispiele an:

  • Im Fall von Methan (CH 4 ) ist das Kohlenstoffatom, das das Zentralatom ist, mit vier Wasserstoffatomen verknüpft, und es gibt kein Elektronenpaar, das nicht verknüpft ist; daher ist die sterische Zahl 4. Die geometrische Anordnung ist tetraedrisch, da es vier gebundene Elektronenpaare gibt. Die vier Wasserstoffatome sind an den Eckpunkten eines Tetraeders positioniert, und der Bindungswinkel beträgt 109,5º. Es ist ein Molekül vom Typ AB 4 , wobei das Zentralatom A ist und der Buchstabe B die anderen Atome darstellt.
  • Ammoniak (NH 3 ) hat ebenfalls eine sterische Zahl von 4, die sich aus der Bindung des Stickstoffatoms, dem Zentralatom, mit drei Wasserstoffatomen ergibt, wobei ein Paar ungebundener Elektronen zurückbleibt. Die allgemeine Nomenklatur ist AB 3E, wobei E das einsame Elektronenpaar darstellt. In diesem Fall ist das einsame Elektronenpaar nicht an ein anderes Atom gebunden, sondern beeinflusst die Geometrie aufgrund der von ihm erzeugten elektrostatischen Abstoßung. Wie im Fall von Methan gibt es vier Bereiche der Elektronendichte, und daher ist die allgemeine Ausrichtung tetraedrisch. Aber es sind nur drei Atome an das Zentralatom gebunden, also ist die Geometrie die einer Pyramide mit einer dreieckigen Grundfläche. Die Geometrie des Moleküls wird durch die Beziehung der Atome bestimmt, obwohl die einsamen Elektronenpaare eine Rolle spielen. Dieser Einfluss bestimmt, dass, obwohl der HCH-Bindungswinkel mit 109,5º bestimmt wird, im Fall von Ammoniak der HNH-Bindungswinkel kleiner ist.
  • Zwei weitere typische Fälle sind das Wassermolekül und das Kohlendioxidmolekül. Wasser (H 2 O) hat als Zentralatom Sauerstoff, an dem zwei Wasserstoffatome hängen. Sauerstoff hat auch zwei freie Elektronenpaare, also ist die sterische Zahl von Wasser 4. Im Fall von Kohlendioxid (CO 2 ) gibt es zwei Gruppen von Doppelbindungen zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, wodurch keine Elektronenpaare übrig bleiben. daher ist es in der sterischen Zahl 2.

Die folgende Tabelle zeigt die Geometrie verschiedener Arten von Molekülen, während die folgende Abbildung die elektronische Verteilung und die geometrische Verteilung von Molekülen vom Typ AB 2 E 2 wie Wasser und Molekülen vom Typ AB 3 E 1 wie Ammoniak zeigt.

Molekültyp Form Beispiele
AB 1 Ein _ zweiatomiges Molekül HF, O2
AB 2 E 0 Linear BeCl2 , HgCl2 , CO2 _
AB 2 E 1 Eckig NEIN 2 , SO 2 , O 3
AB 2 E 2 Eckig H2O , OF2 _
AB 2 E 3 Linear XeF 2 , I 3
AB 3 E 0 flach dreieckig BF 3 , CO 3 2- , NO 3 , SO 3
AB 3 E 1 Pyramide mit dreieckiger Grundfläche NH3 , PCl3 _
AB 3 E 2 T-förmig ClF3 , BrF3 _
AB 4 E 0 Tetraeder CH 4 , PO 4 3- , SO 4 2-,ClO 4
AB 4 E 1 Rocker sf4 _
AB 4 E 2 flaches Quadrat XeF 4
AB 5 E 0 dreieckige Basis bipyramidal PCI5 _
AB 5 E 1 Pyramide mit quadratischer Grundfläche ClF5 , BrF5 _
AB 5 E 2 flach fünfeckig XeF 5
AB 6 E 0 Oktaeder SF6 _
AB 6 E 1 Pyramide mit fünfeckiger Basis XeOF 5 , IOF 5 2-
AB 7 E 0 Fünfeckige Basis bipyramidal WENN 7
Elektronenverteilung, einschließlich freier Elektronenpaare in Gelb (links) und Geometrie, ohne freie Elektronenpaare (rechts), von AB2E2-ähnlichen Molekülen wie Wasser (obere Abbildungen) und von AB3E1-ähnlichen Molekülen wie Wasser, Ammoniak (untere Abbildungen).
Elektronenverteilung, einschließlich freier Elektronenpaare in Gelb (links) und Geometrie, ohne freie Elektronenpaare (rechts), von AB2E2-ähnlichen Molekülen wie Wasser (obere Abbildungen) und von AB3E1-ähnlichen Molekülen wie Wasser, Ammoniak (untere Abbildungen).

Brunnen

Stefan Stoker. Allgemeine, Organische und Biologische Chemie. Cengage Learning, 2009.

https://westendchronicle.com/en/texts/9002-how-to-calculate-a-steric-number

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Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

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