Domanda:
Qual è la struttura chimica / ibridazione dell'acido solforico?
bobthejoe
2012-08-27 08:47:59 UTC
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Stavo esaminando la struttura chimica di $ \ ce {H2SO4} $.

H2SO4 chemical structure H2SO4 ball-and-stick model

Intuitivamente, lo farei ci si aspettava che questa molecola fosse planare quadrata in conformità con l'ibridazione $ p ^ 2d ^ 2 $ o $ sp ^ 2d $, ma invece si è dimostrato essere in una geometria tetraedrica coerente con l'ibridazione $ sp ^ 3 $. Perché è questo?

Immagino che un modo alternativo per porre questa domanda sia: qual è l'ibridazione dell'atomo di zolfo in $ \ ce {H2SO4} $?

Dalla revisione dei miei libri p-chem, credo che gli orbitali sd3 siano certamente possibili. Poi di nuovo ho esaminato l'ultima volta la teoria degli orbitali molecolari 6-7 anni fa.
Scusa, avrei dovuto essere più chiaro. Non escludo queste ibridazioni in senso assoluto, ma nel caso preciso dello zolfo. Non conosco molto la chimica dei metalli di transizione, ma sono abbastanza sicuro che lo zolfo non ibrida sd3. Quindi, considerando il suo sp3, possono adattarsi tutti gli elettroni?
Potresti trovare interessante l'articolo di wikipedia su [ipervalenza] (http://en.wikipedia.org/wiki/Hypervalent_molecule). Basti dire che l'ibridazione orbitale non è una descrizione convincente di molte molecole.
Buona lettura. Sto facendo la domanda principalmente perché sicuramente non vedo ancora come possono adattarsi gli elettroni, è così che viene visualizzata la molecola. Quindi o la mia intuizione è completamente disattivata o gli interweb sono sbagliati.
Le ibridazioni orbitali sono state ** inventate ** per far sì che la teoria del legame di valenza si adatti alle geometrie note. Dovresti usare VSEPR per determinare la geometria e quindi estrapolare all'ibridazione, se credi in una cosa del genere.
Non lo vedo come complesso, i 4 atomi di ossigeno sono brevi 2 elettroni di valenza, questo è un totale di -8 elettroni in totale, 2 ossigeno soddisfa il loro guscio con zolfo e idrogeno e 2 doppio legame 2 zolfo, poiché lo zolfo è iperattivo e formato 6 gusci singoli con 1 elettrone, ma l'idrogeno può essere schiacciato contro (aq)
Cinque risposte:
#1
+11
permeakra
2012-08-27 18:11:37 UTC
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È molto più facile spiegarlo con un esempio più semplice: $ \ ce {O3} $ molecule. Ha una struttura di risonanza ibrida di $ \ ce {O = O + -O -} $ e il suo specchio. E, naturalmente, l'atomo centrale ha lo stato di ibridazione $ sp ^ 2 $. Un legame qui è il normale legame covalente e un altro è dativo: una coppia di elettroni viene donata sull'orbitale vuoto di $ \ ce {O} $ atomo con tutti gli elettroni accoppiati. in $ \ ce {H2SO4} $ molecola ai legami sono semplici covalenti ($ \ ce {S-OH} $ quelli) e due sono dativi ($ \ ce {S-O} $ quelli). Un concetto comune di disaccoppiamento di elettroni per quanto ne so è dimostrato da calcoli di chimica quantistica ed esperimenti spettrali per composti ipervalenti di $ \ ce {P} $ e $ \ ce {S} $.

Un po 'più interessante l'esempio è $ \ ce {XeF2} $ molecola, dove si formano legami a quattro elettroni a tre atomi $ \ ce {F-Xe-F} $, che possono essere pensati come un ibrido di ragionevolezza della struttura $ \ ce {F-Xe + \ F -} $ e il suo mirror $ \ ce {F- \ Xe + -F} $

Naturalmente, questo schema è ancora lontano dall'essere perfetto, poiché la realtà è molto più complicata, ma se non lo fai desidera seguire un corso di chimica quantistica, dovrebbe essere sufficiente. Tuttavia, vi consiglio di cercare "MO LCAO model": è abbastanza semplice e molto utile. Viene spesso utilizzato anche in libri e articoli di chimica avanzata.

#2
+5
bobthejoe
2012-09-06 05:46:09 UTC
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La spiegazione di Permeakra è perfetta, ma non ho capito bene il risultato finché non ho visitato la pagina di Wikipedia su Sulfate.

Il segno distintivo centrale della domanda e la confusione era il motivo per cui una configurazione a dieci elettroni avrebbe adottato una configurazione sp3 più riflettente di un ottetto. Questa era una fonte di confusione che risale a Gilbert Lewis che originariamente propose l'adattamento della struttura sottostante di un'ibridazione sp3 (modello 2):

Two different models

Linus Pauling interviene proporre che due degli orbitali d giochino un ruolo suggerendo che dovrebbe esserci un'ibridazione sp3d2. Si pone quindi il problema con il ruolo dei legami Pi e come si adattano alla struttura con la proposta che gli orbitali p occupati si sovrappongano con gli orbitali d vuoti.

In definitiva dai calcoli computazionali risulta che lo zolfo è effettivamente carico e il carattere pi greco è molto piccolo. Come concluso in Quanto sono rilevanti i doppi legami S = O e P = O per la descrizione delle molecole acide rispettivamente H2SO3, H2SO4 e H3PO4?, il modello 1 con i legami S = O è addirittura una schifezza anche se questo è il modo in cui insegniamo chimica alle scuole superiori e all'università.

#3
+4
Leonardo
2012-09-03 03:08:05 UTC
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Immagino che un modo alternativo per porre questa domanda sia qual è l'ibridazione di H2SO4?

Un modo migliore per chiedere questo potrebbe essere: "Qual è l'ibridazione di l'atomo di zolfo nell'idrogeno solfato? "

L'atomo di zolfo ha un legame con altri quattro atomi in questa molecola. Poiché gli elettroni cercano di stare il più lontano possibile l'uno dall'altro secondo la teoria della repulsione delle coppie di elettroni di Valence Shell (VSEPR), gli altri atomi si separeranno il più lontano possibile, il che si traduce in legami distanti l'uno dall'altro 109,5 gradi. Se questa fosse una disposizione planare quadrata, i legami sarebbero distanti solo 90 gradi, il che non è così soddisfacente come fornirebbe la disposizione tetraedrica.

Secondo il mio libro, se il numero di coppie effettive è 4, la disposizione è tetraedrica, e quindi l'ibridazione richiesta è $ sp ^ 3 $

Fonte: Zumdahl, Zumdahl, Chemistry: An Atoms First Approach

ISBN-13: 978-0840065322

Questo certamente risponde alla domanda, ma perché?

Ha a che fare con gli orbitali molecolari e il modo in cui trattengono solo un certo numero di elettroni, e preferiscono distribuirsi in modo uniforme perché nel mondo quantistico, gli elettroni tendono a preferire lo stato energetico più basso possibile. Una volta che il legame sigma è occupato, che è il primo orbitale indicato come orbitale s, gli elettroni finiscono per occupare gli orbitali p, e quando gli elettroni sono condivisi attraverso questi orbitali sono chiamati legami pi, in realtà formano un orbitale completamente nuovo, un orbitale molecolare, che consente la condivisione di elettroni tra due atomi. Lascia che ti rimandi a questo sito web per mostrarti visivamente cosa sta succedendo.

Questo certamente risponde alla domanda ma perché?
Andando a seguire ancora di più. La configurazione SP3 tiene conto solo di 8 elettroni. Dal mio conteggio, H2SO4 ha 10 elettroni. Anche se sono d'accordo sul fatto che ci sono solo 4 coppie effettive, dove sono quelle extra?
Ho finito per cercarlo. Il solfato adotta una struttura di risonanza.
#4
+3
Paul J. Gans
2013-01-12 07:12:26 UTC
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Alla fine non c'è modo di prevedere la struttura di una data molecola. Sì, con l'esperienza si può indovinare correttamente in molti casi, ma non in tutti.

Il modo in cui tutto questo funziona è prima trovare la struttura e poi secondo elabora lo schema di legame che dà questa struttura. In linea di principio si può fare un calcolo quantistico ab initio , ma non è realmente pratico per molecole con un discreto numero di elettroni come $ \ ce {(NH3) 2SO4} $. Quindi molto spesso viene utilizzata una procedura di approssimazione.

Ci sono due semplici approssimazioni. Uno è orbitali molecolari, l'altro è l'approssimazione LCAO (combinazione lineare di orbitali atomici). Descrivono la stessa cosa ma usano un linguaggio diverso. La scelta di quale utilizzare dipende dalla persona che desidera la risposta.

Come esempio di tutto ciò, prova a prevedere il legame e la struttura di $ \ ce {H3PO4} $ senza conoscere la risposta.

#5
-1
user3670
2013-11-10 22:45:15 UTC
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Sulphur ha quattro $ sp ^ 3 $ orbitali (quattro $ \ sigma $ -bonds) con ossigeno e due $ \ pi $ -bonds ($ d $ orbitali). Nel caso di $ \ ce {SO4 ^ {2 -}} $ ion, anche lo zolfo ha quattro $ sp ^ 3 $ orbitali e quattro $ \ pi $ -bonds con $ d $ orbitali. L'elettrone dall'idrogeno si sposta verso gli orbitali d dello zolfo enter image description here

Una struttura con quattro doppi legami nello ione solfato darebbe all'atomo di zolfo una carica formale di -2. Questo non dovrebbe essere più stabile di una configurazione con due doppi legami e due singoli legami, perché in quest'ultimo caso la stessa quantità di carica formale è più distribuita e si trova principalmente su un elemento più elettronegativo (ossigeno). Tuttavia, a causa del mesomerismo, il legame è descritto più accuratamente come una combinazione di sei strutture canoniche simili, creando quattro legami di ordine 1.5, con tutti gli atomi di ossigeno che hanno una carica formale di -0.5 e una perfetta simmetria tetraedrica.
I tuoi orbitali d sono * waa ~ y * per avvicinarsi energicamente agli orbitali p. Ricorda che 4s ha un'energia inferiore a 3d nello stato fondamentale di praticamente ogni singolo atomo tranne l'idrogeno.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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