كيف أستنتج الشكل الهندسي للجزيء من صيغة لويس وعدد أزواج الإلكترونات؟

Question

أعرف رسم صيغة لويس، لكنني أخلط بين ترتيب أزواج الإلكترونات حول الذرة المركزية والشكل الفعلي للجزيء. ما الخطوات التي أتبعها، وكيف أطبّقها على أمثلة مثل NH₃ وH₂O؟

Answer 1

يمكنك استنتاج الشكل باستخدام نموذج تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ (VSEPR): تتباعد مناطق كثافة الإلكترونات حول الذرة المركزية قدر الإمكان لتقليل التنافر. احسب المناطق حول الذرة المركزية فقط، ثم ميّز بين هندسة أزواج الإلكترونات وبين الشكل الجزيئي؛ فالأولى تشمل الأزواج الرابطة والمنفردة، أما الشكل الجزيئي فيصف مواقع الذرات وحدها.

خطوات الاستنتاج

1. ارسم صيغة لويس وحدد الذرة المركزية، ثم تأكد من توزيع الإلكترونات والأزواج المنفردة عليها. في الأيونات، راعِ الشحنة عند رسم الصيغة.
2. عدّ مناطق الإلكترونات حول الذرة المركزية. كل رابطة مع ذرة أخرى تُحسب منطقة واحدة، سواء أكانت أحادية أم مزدوجة أم ثلاثية. وكل زوج منفرد على الذرة المركزية يُحسب منطقة واحدة أيضًا. لا تعدّ الأزواج المنفردة الموجودة على الذرات الطرفية.
3. حدد هندسة المناطق بحسب عددها، ثم حدّد الشكل الجزيئي بتجاهل الأزواج المنفردة عند تسمية الشكل. وقد تؤثر الأزواج المنفردة في الزوايا؛ إذ تشغل حيزًا وتتنافر بقوة ملحوظة.

أمثلة

• CH₄: حول الكربون أربع مناطق رابطة ولا أزواج منفردة؛ هندسة أزواج الإلكترونات والشكل الجزيئي كلاهما رباعي السطوح.
• NH₃: حول النيتروجين ثلاث مناطق رابطة وزوج منفرد؛ هندسة أزواج الإلكترونات رباعية السطوح، لكن الشكل الجزيئي هرمي ثلاثي.
• H₂O: حول الأكسجين منطقتان رابطتان وزوجان منفردان؛ الهندسة رباعية السطوح، والشكل الجزيئي منحنٍ أو زاوي.
• CO₂: حول الكربون رابطتان مزدوجتان، لكن كل رابطة تُحسب منطقة واحدة؛ توجد منطقتان ولا أزواج منفردة على الكربون، لذا يكون الشكل خطيًا.

قاعدة سريعة: 2 منطقتان تعطيان غالبًا ترتيبًا خطيًا، و3 ترتيبًا مثلثيًا مستويًا، و4 ترتيبًا رباعي السطوح، قبل أخذ الأزواج المنفردة في الحسبان. لا تخلط بين عدد الروابط وعدد المناطق: فالرابطة المزدوجة لا تُحسب منطقتين. كما أن هذا النموذج يعطي شكلًا تقريبيًا ولا يصف بدقة جميع الجزيئات، ولا سيما بعض الأنواع التي تحتوي عناصر انتقالية؛ لذا يُستخدم بوصفه قاعدة مناسبة لمعظم أمثلة المستوى الثانوي.