סימולציה- קוטביות מולקולות סימולציה- צורות מולקולה חומרים מולקולריים 3 מבנה מרחבי וקוטביות של מולקולות נושאי השיעור נושא שיעור 1 – מבנה מרחבי של מולקולות פשוטות נושא שיעור 2 – קוטביות מולקולות סימולציות במצגת, PhET Colorado: סימולציה- בנה לך מולקולה סימולציה- קוטביות מולקולות סימולציה- צורות מולקולה

נוסחת מבנה מרחבית של מתאן נוסחת מבנה מרחבית היא נוסחה המציגה את מבנה המולקולה במרחב, בתלת-ממד, על משטח דו-ממדי. דוגמה: מתאן באיור. בציור מבנה מרחבי: קו ישר מייצג את מיקום הקשר במישור הדף. קו מרוסק מייצג את מיקום הקשר מתחת למישור. משולש מלא מוארך מייצג את מיקום הקשר מעל המישור. בבחינת הבגרות התלמידים יידרשו להכיר את המבנים המרחביים אך לא לקבוע אותם. התלמידים יידרשו לקבוע קוטביות מולקולה על פי מבנה נתון (למולקולות עם אטום מרכזי אחד). על השאלות במצגת זו ניתן לענות עם חומר פתוח במקרים שהמבנים לא ניתנו! נוסחת מבנה מרחבית של מתאן

מבנה מרחבי של מולקולות - טטראהדר מבנה טטראהדר יתקבל כאשר סביב האטום המרכזי נמצאים 4 זוגות אלקטרונים קושרים. כלומר, כאשר סביב האטום המרכזי נמצאים 4 קשרים. המבנה תלת-ממדי ונוצר לרוב כאשר האטום המרכזי מטור 4. דוגמאות: CH4 CCl4 SiH4 NH4+ C C מתאן - פחמן ארבע מימני

מבנה מרחבי - פירמידה משולשת מבנה פירמידה משולשת יתקבל כאשר סביב האטום המרכזי נמצאים 3 קשרים ונוסף על כך, זוג אחד של אלקטרונים לא-קושר (n.b). אפשר לדמיין את הפירמידה המשולשת כנגזרת מטטראהדר לאחר הסרת אחד האטומים. אלקטרוני הקשר של האטום שהוסר נותרים כזוג אלקטרונים לא-קושר. המבנה הוא תלת-ממדי. הוא נוצר לרוב כאשר האטום המרכזי מטור 5. דוגמאות: NH3 PH3 NBr3 OH3+ N N אמוניה - חנקן תלת-מימני

O N O מבנה מרחבי - V כפוף מולקולת מים במקרים אחרים, כמו בציור שבמרכזו החנקן, אחד הקשרים כפול, ולכן, נותר רק זוג אחד של אלקטרונים לא-קושרים. המבנה דו-ממדי. הוא נוצר לרוב כאשר האטום המרכזי מטור 6. דוגמאות: H2O SCl2 OI2 H2N2 O N O מולקולת מים

מבנה מרחבי - משולש מישורי מבנה משולש מישורי יתקבל כאשר סביב האטום המרכזי נמצאים 3 קשרים בלבד. האטומים יסתדרו במבנה מישורי ובזווית של 120 מעלות בין הקשרים, כאשר כולם זהים. במקרה של הפחמן, אחד הקשרים כפול, ולכן, אף על פי שיש שמונה זוגות אלקטרונים סביב הפחמן, המבנה הוא משולש מישורי. המבנה של משולש מישורי הוא דו-ממדי, מישורי. לרוב הוא נוצר כאשר האטום המרכזי מטור 3 או 4. שימו לב! הבור בתרכובת BH3 לא השלים רמה. דוגמאות: BH3 CH3+ HCO B C B בור תלת-מימני

Be Be C C מבנה מרחבי - קווי פחמן דו-חמצני מבנה קווי יתקבל כאשר סביב האטום המרכזי 2 קשרים בלבד, ללא אלקטרונים לא-קושרים. האטומים יסתדרו במבנה קווי ישר. הקשרים יכולים להיות יחידים, כפולים ואפילו משולשים. המבנה חד-ממדי, קווי. הוא נוצר כאשר האטום המרכזי מטור 2 וגם מטורים 3 או 4. דוגמאות: CO2 BeH2 H2C2 Be Be C C פחמן דו-חמצני

סימולציה – צורות מולקולות הכנסו לסימולציה ובצעו את הפעולות הבאות: בלשונית "צורות מולקולה" הוסיפו/הסירו קשרים וזוגות (צמדי) אלקטקרונים ובנו כל אחת מצורות המולקולות הבאות: קוי, כפוף, משולש מישורי, פירמידה משולשת, טטראהדר. עברו ללשונית – "מולקולות אמיתיות" - Real Molecules וצרו את המולקולות: CH4, NH3, BF3, CO2 (חלק מהמולקולות המופיעות בסימולציה הן בעלות מבנה שלא נכלל בתכנית הלימודים לתיכון) סימולציה- צורות מולקולה PhET Colorado

שאלה 1 מה יהיה המבנה המרחבי של המולקולות הבאות: CS2 CH2Cl2 NI3 H2CO SH2 רמז: ציירו קודם נוסחת ייצוג אלקטרונית

תשובה לשאלה 1 C C N C S מה יהיה המבנה המרחבי של המולקולות הבאות: CS2 CH2Cl2 NI3 H2CO SH2 תשובה: מבנה קווי : שני קשרים כפולים סביב הפחמן, CS2 טטראהדר : ארבעה קשרים יחידים סביב הפחמן, CH2Cl2 פירמידה משולשת : שלושה קשרים יחידים וזוג לא-קושר, NI3 משולש מישורי : שלושה קשרים סביב הפחמן (אחד כפול), H2CO V כפוף : שני קשרים יחידים ושני זוגות לא-קושרים סביב הגפרית, SH2 C C N C S

שאלה 2 מה יהיה המבנה המרחבי של המולקולות הבאות: H2C2 , H4C2 , HCN , H2O2 , H2N2 רמז חשוב: במבנים המורכבים מכמה אטומים מרכזיים, יישמר סביב כל אטום מרכזי המבנה שלו, כאילו הוא אטום מרכזי יחיד. דוגמה: C2H6 - לכל פחמן 4 קשרים, לכן כל פחמן יהיה במרכז טטראהדר. המבנה הוא: שני טטראהדרים מחוברים.

תשובה לשאלה 2 מה יהיה המבנה המרחבי של המולקולות הבאות: H2C2 , H4C2 , HCN , H2O2 , H2N2 תשובה: מבנה קווי : סביב כל פחמן שני קשרים (אחד מהם משולש), H-C≡C-H שני משולשים מישוריים : סביב כל פחמן שלושה קשרים (אחד כפול), H2C=CH2 מבנה קווי : סביב הפחמן שני קשרים, H-C≡N שני V כפוף : לכל חמצן שני קשרים ושני זוגות אלקטרונים לא-קושרים, H-O-O-H שני V כפוף : סביב כל חנקן שני קשרים, אחד כפול ואחד יחיד וזוג לא-קושר, H-N=N-H

שאלה 3 קבעו את המבנה המרחבי של היונים המורכבים הבאים: NH4+ H3O+ CH3+ CH3- HO2- רמז: התחילו לצייר נוסחת ייצוג אלקטרונית לקבוצת האטומים, בהנחה שהיא ניטראלית. אם היא טעונה חיובית, יהיה צורך לגרוע אלקטרון כדי לקיים את כלל האוקטט. אם היא טעונה שלילית, יהיה צורך להוסיף אלקטרון כדי לקיים את הכלל. אח"כ קבעו את המבנה המרחבי של היון המורכב.

תשובה לשאלה 3 C O קבעו את המבנה המרחבי של היונים המורכבים הבאים: NH4+ H3O+ CH3+ CH3- HO2- תשובה: טטראהדר: NH4+ סביב החנקן ארבעה זוגות אלקטרונים קושרים, פירמידה משולשת: H3O+ סביב החמצן שלושה זוגות קושרים וזוג לא-קושר, משולש מישורי: CH3+ סביב הפחמן שלושה זוגות קושרים בלבד, פירמידה משולשת: CH3- סביב הפחמן שלושה זוגות קושרים וזוג לא-קושר, V כפוף HO2-: סביב החמצן שבמרכז שני זוגות קושרים ושני זוגות לא-קושרים, C O

סימולציה – בנה לך מולקולה סימולציה לבניית מולקולות בתלת מימד: בנו לכם מולקולה. לאחר שבניתם את המולקולה, לחצו על 3D לראותה בתלת מימד. אפשר ליצור מולקולות פשוטות דוגמת: מים, פחמן דו-חמצני, מתאן- CH4 ואפשר ליצור מולקולות מורכבות דוגמת: אתאנול- CH3CH2OH, אצטון- ,CH3-CO-CH3 אתיל אמין – CH3CH2NH2 סימולציה- בנה לך מולקולה PhET Colorado

N O B Cl - H C מבנה סימטרי של מולקולה מבנה סימטרי הוא מבנה שאפשר להעביר דרך מרכזו מישורי סימטריה בכל הכיוונים. (שני צִדי המבנה שנוצרו ע"י חיתוך כל מישור סימטריה, יחפפו זה את זה) B C O N Cl - H מבנים לא-סימטריים : הצד הימני במולקולה שונה מהצד השמאלי או החלק העליון שונה מהחלק התחתון. מבנים סימטריים : הצד הימיני במולקולה שווה לצד השמאלי; החלק העליון שווה לחלק התחתון.

N C קוטביות מולקולות Cl H קוטביות מולקולה היא פיזור לא שווה של מטען חשמלי במולקולה. הקטבים הנוצרים מסומנים על ידי d- ו d+. קוטביות מולקולה נובעת מחוסר סימטריה במבנה המולקולה: א. סימטריית המבנה המרחבי של המולקולה: כאשר המבנה של המולקולה לא-סימטרי, המולקולה קוטבית. כאשר המבנה סימטרי המולקולה לא קוטבית. ב. קוטביות הקשרים: מידת קוטביות הקשרים תתרום למידת קוטביות המולקולה. ככל שהקשרים יותר קוטביים, מולקולה לא-סימטרית תהיה יותר קוטבית . דוגמה: המולקולה- :PH3 למרות שהקשרים לא קוטביים המולקולה קוטבית מעט. נוכחות האלקטרונים הלא-קושרים על ה- P יוצרת עליו חלקיות מטען שלילית. מתקבל מבנה לא סימטרי. הקוטביות נמוכה כי הקשרים לא קוטביים. N - δ + δ C - δ - δ + δ Cl H

שלבי הפעולה לקביעת קוטביות מולקולה 1. מציירים נוסחת ייצוג אלקטרונית 2. קובעים/מקבלים את המבנה המרחבי 3. בודקים את סימטריות המבנה אם המבנה לא-סימטרי המולקולה תמיד קוטבית אם המבנה סימטרי המולקולה לא-קוטבית מידת קוטביות הקשרים תקבע את מידת קוטביות המולקולה 4. קובעים היכן -δ והיכן +δ על המולקולה לפי האלקטרו-שליליות

N B C C O קוטביות מולקולות Cl H לסיכום: המבנים: טטראהדר ומשולש מישורי וקווי, שהמתמירים שלהם זהים, הם סימטריים, ולכן הם לא-קוטביים המבנים: פירמידה משולשת ו-V כפוף, גם כאשר המתמירים שלהם זהים הם לא-סימטריים, ולכן הם קוטביים מתמירים שאינם זהים, בעלי אלקטרו-שליליות שונה, ייצרו תמיד מבנה לא-סימטרי ולכן קוטבי מולקולות קוטביות (לא-סימטריות) מבנים לא-קוטביים (סימטריים ומתמירים זהים) - δ O B C + δ - δ N - δ + δ Cl H C + δ

סימולציה – קוטביות מולקולות הכנסו לסימולציה (בלשונית – "שני אטומים") בטבלת התצוגה סמנו  לנתונים: דיפול (קוטביות) הקשר, מטענים חלקיים ומאפייני הקשר. שנו את האלקטרושליליות של אטום A ואחכ' של אטום B. מה הקשר בין גודל ההפרש באלקטרושליליות למאפיין הקשר: קוולנטי-יוני. עברו ללשונית: "מולקולות אמיתיות" I. בחרו מולקולה. האם היא קוטבית? היכן ה δ+ וה δ- שלה? II. בדקו תשובתכם ע"י סימון  במקומות הנדרשים אשר בטבלת התצוגה. III. חזרו ובדקו מולקולות נוספות. סימולציה- קוטביות מולקולות PhET Colorado

שאלה 4 רשמו לכל אחת מהמולקולות הבאות נוסחת ייצוג אלקטרונית, מבנה מרחבי, וקוטביות. CS2 , PCl3 , CH2Br2 , I2O רמז: השתמשו בשלבי הפעולה

.. .. S=C=S O P תשובה לשאלה 4 Br C רשמו לכל אחת מהמולקולות הבאות נוסחת ייצוג אלקטרונית, מבנה מרחבי, וקוטביות. CS2 , PCl3 , CH2Br2 , I2O תשובות: - δ - δ P .. פירמידה משולשת הקשרים קוטביים, המבנה לא סימטרי ולכן קוטבי .. O V כפוף המבנה לא-סימטרי ולכן קוטבי C Br טטראהדר בעל אטומים שונים, אין סמטריות ולכן קוטבי S=C=S קווי המבנה סימטרי, והקשרים לא קוטביים ולכן לא-קוטבי + δ - δ + δ + δ + δ

שאלה 5 רשמו לכל אחת מהמולקולות הבאות נוסחת ייצוג אלקטרונית, מבנה מרחבי, וקוטביות. F2O , HCN, SiHI3

תשובה לשאלה 5 רשמו לכל אחת מהמולקולות הבאות נוסחת ייצוג אלקטרונית, מבנה מרחבי, וקוטביות. F2O , HCN, SiHI3 תשובות: + δ O .. V כפוף הקשרים קוטביים, המבנה לא-סימטרי, קוטבי H + δ - δ טטראהדר המתמירים שונים, המבנה לא סימטרי, ולכן קוטבי Si H-C≡N: קווי המתמירים שונים, לא סימטרית, לכן קוטבי F F - δ I - δ I I

סיכום יש להכיר חמישה סוגי מבנים מרחביים של מולקולות קוטביות מולקולות מושפעת מקוטביות הקשרים ומהמבנה המרחבי שלהן מושגים חשובים: סימטרייה, מבנה מרחבי של מולקולה, טטראהדר, פירמידה משולשת, מבנה V כפוף, משולש מישורי, קווי, קוטביות מולקולה