12.2 VSEPR-theorie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

12.2 VSEPR-theorie

12.2 VSEPR-theorie

Herhaling soorten bindingen (4e klas)
(Polaire atoombinding)

 (vanderwaalsbinding en waterstofbrug)

Ruimtelijke bouw van moleculen

Eerst een herhaling van stof uit 4 vwo. Dit is belangrijk om deze paragraaf van hoofdstuk 12 te begrijpen.

Wat is de octetregel, wat is covalentie en welke uitzonderingen zijn er op de octetregel?

Je kunt de standaard covalentie van een atoom afleiden uit de plaats in het periodiek systeem (bijvoorbeeld in Binas-tabel 99). Het geeft aan hoeveel stappen een atoom moet zetten om op een edelgas te lijken:

Groep 1 (bijv. Waterstof): Covalentie 1.

Groep 17 (halogenen zoals Fluor, Chloor): Covalentie 1.

Groep 16 (bijv. Zuurstof, Zwavel): Covalentie 2.

Groep 15 (bijv. Stikstof, Fosfor): Covalentie 3.

Groep 14 (bijv. Koolstof, Silicium): Covalentie 4.

Er zijn uitzonderingen op de octetregel:

Waterstof (H) en Helium (He): Deze atomen streven naar 2 elektronen in hun buitenste ('duetregel').

Uitgebreid octet: Sommige atomen, vooral die in periode 3 en lager (zoals zwavel (S), fosfor (P), kunnen meer dan 8 elektronen in hun valentieschil hebben. Dit noemen we een 'uitgebreid octet'. Een voorbeeld hiervan is zwavel in zwavelhexafluoride (SF₆), waar 'S' zes bindingen vormt en daardoor 12 elektronen om zich heen heeft.

Welke atoomsoort kan een uitgebreid octet hebben?

1. Be
2. N
3. P
4. Ne

Vraagje

Waarom lost CO₂ slecht op in water (9,5 mg/L),

maar SO₂ goed (112 g/L)
en NH₃ zeer goed (~250g/L)?

Polaire atoombinding

• Bij waterstofchloride (HCl) hebben H en Cl allebei nog 1 elektron nodig voor de edelgasconfiguratie.
• Chloor trekt harder aan het gemeenschappelijk elektronenpaar dan waterstof. 

Polaire atoombinding

• Gevolg: het elektronenpaar zit wat dichter bij het chlooratoom, dan bij het waterstofatoom.
• Hierdoor krijgt het chlooratoom een beetje negatieve lading, weergegeven met  δ-. 
• Het waterstofatoom krijgt een beetje positieve lading, weergegeven met δ+.

Polaire atoombinding

• Zo'n gedeeltelijke lading, δ+, wordt ook wel partiële lading genoemd. 
• De atoombinding noem je dan een polaire atoombinding.

Waarom bestaat een polaire atoombinding?

• Elektronegativiteit (EN) is een maat voor de kracht waarmee een atoom de elektronen van een atoombinding aantrekt.
• Binas tabel 40A
• Atoom met hoogste EN trekt het sterkste aan de elektronen en wordt δ-.
• Het verschil in EN bepaalt de soort binding.

Elektronegativiteit

• Het verschil in EN (ΔEN) bepaalt de soort binding.
• EN(Cl): 3.2 en EN(H): 2.1.
• ΔEN = 1.1, dus polaire atoombinding

ΔEN	Soort binding
≤ 0,4	Apolair
0,4-1,7	Polair
> 1,7	Ion

Vanderwaals binding (VdW)

• Aantrekkingskracht tussen moleculen onderling
• Sterkte van de VwD binding neemt toe bij een
  hogere molecuulmassa
  en
  groter molecuuloppervlak

Vanderwaalsbinding 

Voorbeeld: hexaan en 2,3-dimethylbutaan

Zelfde massa, maar hexaan heeft een groter oppervlak, dus sterkere vanderwaalsbinding

>

Dipool-dipoolbinding

Binding tussen polaire moleculen ("dipolen")

Binding tussen         en            van verschillende moleculen

Voorbeeld: SO2

        

δ​−​​

δ​−​​

δ​−​​

δ​−​​

2δ​+​​

2δ​+​​

δ​+​​

δ​−​​

Waterstofbruggen (H-brug)

• Bestaat bij -OH en -NH groepen
• Aantrekking tussen δ+ van de H en δ- van de O of N
• Stoffen die H-bruggen kunnen vormen zijn vaak goed oplosbaar in water

Dipoolmoleculen

• Moleculen met een polaire atoombinding kunnen een dipoolmolecuul zijn.
• CO₂ heeft polaire atoombindingen, maar is geen dipoolmolecuul. 
• SO₂ heeft ook polaire atoombindingen, en is wel een dipoolmolecuul. Hoe zit dat?

In welke afbeelding
is de waterstofbrug
correct getekend?

1. A
2. B
3. C
4. D

VSEPR-theorie

• Theorie gebruikt om de ruimtelijke bouw van een molecuul te voorspellen
• Valence-Shell Electron-Pair Repulsion
• Ruimtelijke bouw wordt gebaseerd op het omringingsgetal
• Omringingsgetal is de som van het aantal atomen rondom het centrale atoom + het aantal vrije elektronenparen rondom dat atoom

Wat is het omringingsgetal van methaan (CH4)?

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Wat is het omringingsgetal van formaldehyde (H2C=O)?

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Wat is het omringingsgetal van ammoniak (NH3)

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Ammoniak (NH3)

• Lewisstructuur: 1 vrij elektronenpaar
• Omringingsgetal: 4
• 3 atomen en 1 VEP
• Ruimtelijke bouw is een tetraëder.   

Omringingsgetal en ruimtelijke bouw

• Ruimtelijke bouw is zo dat alles zo ver mogelijk van elkaar af zit. Atomen willen niet vlak bij elkaar zitten en vrije elektronenparen ook niet bij atomen.

Vraag van de dag: waarom lost SO₂ wel goed op in water en CO₂ niet, en NH3 juist zeer goed?

• De ruimtelijke bouw van de moleculen verschilt:
• SO₂ heeft een omringingsgetal van 3 
• CO₂ heeft een omringingsgetal van 2
• Daardoor is SO₂ wel een dipoolmolecuul en CO₂ niet.
• Daardoor kan SO₂ dipool-dipoolbindingen aangaan met water en CO₂ niet.
• NH3 is een dipool, en kan daarbovenop ook nog waterstofbruggen vormen met water

De covalentie van een atoom is gelijk aan het omringingsgetal als...

1. Het geen dubbele en drievoudige bindingen heeft
2. Het geen formele lading heeft
3. Het niet radicaal is
4. A, B en C