Μοριακή Γεωμετρία του Νερού και Γωνίες Δεσμών

Το νερό είναι ο πιο άφθονος πόρος, καθώς όλοι οι ωκεανοί, οι θάλασσες, τα ποτάμια και τα υδάτινα σώματα αποτελούνται από νερό. Όταν αρχίζουμε να μελετάμε για πρώτη φορά, γνωρίζουμε ότι ο χημικός τύπος του νερού είναι H2O. Αυτό σημαίνει ότι σε ένα μόνο μόριο νερού υπάρχουν δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Ένα άλλο όνομα για το μόριο του νερού είναι Μονοξείδιο του Διυδρογόνου (αποτελούμενο από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου) Όπως όλες οι άλλες χημικές ενώσεις, το νερό έχει επίσης δεσμούς και εδώ θα συζητήσουμε τη γεωμετρία και τις γωνίες που δημιουργεί η ένωση του νερού.

Η δομή είναι επιστημονικά γνωστή ως Δομή Lewis και ονομάστηκε ευρέως Δομή Ηλεκτρονικής κουκκίδας που σημαίνει ότι αντιπροσωπεύει το μόριο του νερού διαγραμματικά. Αυτό με τη σειρά του κάνει γνωστό τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους ή των ηλεκτρονίων στο τελευταίο κέλυφος του ατόμου. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους διασφαλίζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που είναι ελεύθερα να δημιουργήσουν δεσμούς και στη συνέχεια μια ένωση. Η πρόβλεψη του γεωμετρικού σχήματος του μορίου του νερού γίνεται με βάση τη θεωρία της απώθησης ζεύγους ηλεκτρονίων Valence-Shell (VSEPR).

Χαρακτηριστικά της Μοριακής Γεωμετρίας του Νερού:

1. Δύο μοναχικά ζευγάρια

Τα ζεύγη δύο ηλεκτρονίων βρίσκονται στις κορυφές του μορίου. Αυτά τα ζεύγη είναι μόνα καθώς δεν σχηματίζουν δεσμό με τα γειτονικά άτομα υδρογόνου. Τα μόνα ζεύγη οξυγόνου υπάρχουν στο κέλυφος σθένους του ατόμου οξυγόνου.

2. Γεωμετρία σε σχήμα V

Υπάρχουν συνολικά δύο κορυφές που καταλαμβάνονται σε ένα μόριο νερού. Αυτό εξηγεί πώς υπάρχει ένα σχήμα V σχηματισμού των μεμονωμένων ζευγών ηλεκτρονίων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δεν υπάρχει γραμμικό σχήμα στο μόριο.

3.   Γωνία μεταξύ 104,5 και 109

Με τη θεωρία VSEPR οι επιστήμονες είναι σε θέση να προβλέψουν τη γωνία μεταξύ των δεσμών των δύο ατόμων υδρογόνου. Μπορούν να πουν ότι ένα τυπικό τετραεδρικό μόριο έχει γωνία 1090. Ωστόσο, στην περίπτωση ενός μορίου νερού υπάρχει μικρότερη γωνία από τη συνηθισμένη. Στην περίπτωση ενός μορίου αμμωνίου υπάρχει ακόμα μεγαλύτερη γωνία.

4. Καμμένη γεωμετρική δομή

Η γεωμετρική δομή ενός μόνο μορίου νερού είναι λυγισμένη. Για να έχει ένα μόριο λυγισμένη δομή πρέπει να υπάρχει ένα ζεύγος μόνα ηλεκτρονίων. Αυτά τα μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων απωθούν τον δεσμό υδρογόνου κάνοντας τη γεωμετρία ολόκληρου του μορίου να κάμπτεται σε σχήμα V.

5. Γεωμετρική δομή που ονομάζεται δομή Lewis

Η δομή του μορίου του νερού, που ονομάζεται Δομή Lewis, καθορίζει ότι υπάρχουν συνολικά 8 ηλεκτρόνια σθένους που βοηθούν στο σχηματισμό των δεσμών στο τριατομικό μόριο του νερού. Με δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου.

6. Τετραεδρική κάμψη

Ολόκληρο το μόριο είναι τετραεδρικό καθώς υπάρχουν 8 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα του μορίου. Αυτά δημιουργούν δύο δεσμούς υδρογόνου και υπάρχουν δύο ζεύγη μοναχικών ηλεκτρονίων στο εξωτερικό περίβλημα.

Υβριδικό μόριο H2O

Οι δεσμοί σίγμα στο σύστημα σύνδεσης είναι γνωστό ότι είναι οι ισχυρότεροι ομοιοπολικοί δεσμοί που υπάρχουν. Οι δεσμοί που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων οξυγόνου και υδρογόνου σε ένα μόριο νερού έχουν δεσμούς σίγμα (σ) και δεν έχουν δεσμούς pi(π). Ο υβριδισμός των ατόμων οξυγόνου είναι sp3 που σημαίνει ότι είναι δυνατός μόνο όταν υπάρχουν δύο μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων οξυγόνου. Υπάρχουν συνολικά τέσσερις τροχιές που είναι η μία τροχιά 2 s και τρία τροχιακά 2 p.

Συμπέρασμα

Συνολικά, υπάρχουν δύο δεσμοί που δημιουργεί ένα άτομο οξυγόνου με τα άτομα υδρογόνου. Οι δεσμοί που δημιουργεί το άτομο οξυγόνου με τα άτομα υδρογόνου είναι ο ισχυρότερος δεσμός που ονομάζεται δεσμός σίγμα. Η γωνία που δημιουργεί αυτός ο δεσμός περιλαμβάνεται στους τετραεδρικούς δεσμούς. Η γωνιακή απόσταση μεταξύ των τετραεδρικών δεσμών είναι 1090  αλλά η γωνιακή απόσταση μεταξύ των δεσμών υδρογόνου είναι 104,50. Οι δεσμοί ωθούνται προς τα κάτω λόγω του ζεύγους δύο μεμονωμένων ηλεκτρονίων που υπάρχουν στις κορυφές του μορίου, δημιουργώντας μια λυγισμένη γεωμετρική δομή.