7 kroků na PO4 3- Lewisova struktura, hybridizace (vyřešeno!)

by

Fosfátový iont (PO4 3-) má centrální atom fosforu (P) s 5 valenčními elektrony, obklopený čtyřmi atomy kyslíku (O), každý se 6 valenčními elektrony. Záporný náboj přidá 3 elektrony navíc, celkem 32 valenčních elektronů. Lewisova struktura ukazuje P ve středu se čtyřmi jednoduchými vazbami P-O a dvojnou vazbou k jednomu kyslíku a třemi atomy kyslíku nesoucími záporný náboj. Struktura má čtyři osamocené páry na koncových atomech kyslíku. Ion má čtyřstěnnou geometrii s vazebnými úhly přibližně 109.5°. Tato struktura je klíčem k pochopení role iontu v biologických systémech a jeho reaktivitě při tvorbě solí a esterů.

Jak nakreslit PO4 3- Lewisova struktura

Kreslení Lewisovy struktury molekuly nebo iontu nám pomáhá pochopit jejich strukturu chemická vazbaa molekulární geometrie. v v této části, prozkoumáme krok za krokem proces kreslení Lewisovy struktury pro fosfátový iont (PO4 3-). Pojďme se ponořit!

PO4 3- Lewisova struktura

A. Počítání celkového počtu valenčních elektronů

První krok při kreslení Lewisovy struktury PO4 3- je spočítat celkový počet valenčních elektronů přítomných v molekule. Valenční elektrony jsou nejvzdálenější elektrony atomu a jsou zapojeny do chemická vazbaIng.

Abychom spočítali valenční elektrony v PO4 3-, musíme vzít v úvahu valenční elektrony každého atomu v iontu. Fosfor (P) je uvnitř Skupina 5A, tak má 5 valenční elektrony. Kyslík (O) je uvnitř Skupina 6A, takže každý atom kyslíku má 6 valenční elektrony. Protože tam jsou 4 atomy kyslíku v PO4 3- je celkový počet valenčních elektronů:

(1 × 5) + (4 × 6) + 3 (záporný náboj) = 32 valenční elektrony

Celkový valenční elektronový pár (PO4 3-) = sigma (σ) vazby + pí (π) vazby + valenční obal osamělý pár elektronů

Abychom spočítali celkový počet valenčních elektronů, musíme celkový počet valenčních elektronů vydělit 2.

Celkový valenční elektronový pár pro PO4 3- = 32/2 = 16

PO4 3- Lewisova struktura
PO4 3- Lewisova struktura znázorňující celkem 16 párů valenčních elektronů

B. Určení centrálního atomu

Další krok je určit centrální atom v iont PO4-. Centrální atom je obvykle nejméně elektronegativní atom, což je v tomto případě fosfor. Může se tvořit fosfor vícenásobné vazby a je schopen vyjít vstříc více než jeden atom kolem toho.

PO4 2

PO4 3- struktura vykazující fosfor v centrální poloze

C. Umístění zbývajících atomů

Po identifikaci centrálního atomu musíme umístit zbývající atomy kolem toho. V případě PO4 3- máme 4 atomy kyslíku. Protože potřebuje kyslík 2 elektronů dokončit jeho oktet, můžeme tvořit jednoduchá vazba mezi každým atomem kyslíku a centrálním atomem fosforu. To bude představovat 8 z 32 valenční elektrony.

PO4 3

PO4 3- struktura vykazující vazbu mezi P a O

D. Distribuce zbývajících elektronů

Dále distribuujeme zbývající elektrony, abychom uspokojili oktet pravidlo pro každý atom. Oktetové pravidlo říká, že atomy mají tendenci získávat, ztrácet nebo sdílet elektrony, aby dosáhly stabilní konfiguraci s 8 elektronů in jejich vnější skořápka.

V případě PO4 3- máme 24 valenční elektrony zbývající po umístění atomy kyslíku. Distribuujeme tyto elektrony jako osamělé páry na atomy kyslíku. Každý atom kyslíku může pojmout 3 osamělých párů, která zohledňuje 24 elektronů.

E. Kontrola oktetového pravidla

Nakonec zkontrolujeme, zda všechny atoms v Lewisově struktuře PO4 3- dosáhly oktet or stabilní konfiguraci. V tomto případě má centrální atom fosforu 10 elektronů (6 od ο jednoduché dluhopisy a 4 od osamělý párs), která přesahuje oktet. To je však přijatelné pro další prvky druhé období in periodickou tabulku.

Lewisova struktura PO4- je znázorněna následovně:

PO4 4

PO4 3- Lewisova struktura ukazující kompletní oktet P a O atomů

Závěrem lze říci, že postupný proces kreslení Lewisovy struktury pro fosfátový iont (PO4 3-) zahrnuje počítání celkového počtu valenčních elektronů, určení centrálního atomu, umístění zbývající atomy, distribuce zbývajících elektronů a kontrola oktet pravidlo. Sledováním tyto kroky, můžeme získat vhled do chemická vazbaa molekulární geometrie iont PO4-.

Role formálního náboje ve struktuře PO4 3- Lewis

Výpočet formálního poplatku za PO4 3-

Pojďme se nyní zaměřit na konkrétní případ fosforečnanového iontu (PO4 3-). Pro výpočet formálního náboje pro každý atom v iont PO4-, musíme vzít v úvahu valenční elektrony a počet elektronů přiřazených každému atomu.

Fosfátový iont se skládá z jeden centrální atom fosforu vázané na čtyři atomy kyslíku. Fosfor, být in Skupina 5A of periodickou tabulku, má pět valenčních elektronů. Každý atom kyslíku, který je uvnitř Skupina 6A, má šest valenčních elektronů.

K výpočtu formálního náboje pro každý atom použijeme vzorec:

Formální poplatek = Valenční elektrony – (Počet osamělých párových elektronů + 0.5 * Počet Vázané elektrony)

Pro centrální atom fosforu v PO4 3- lze formální náboj vypočítat následovně:

Formální náboj fosforu = 5 – (0 + 0.5 * 8) = 5 – 4 = +1

Pro každý atom kyslíku lze vypočítat formální náboj takto:

Formální náplň kyslíku = 6 – (6 + 0.5 * 2) = 6 – 7 = -1

Vliv formálního poplatku na stabilitu PO4 3-

Formální poplateks in iont PO4- nám pomáhají pochopit jeho stabilitu a distribuci elektronů v molekule. V Lewisově struktuře PO4 3- přispívají formální náboje na každém atomu k celkovému náboji iontu, který je -3.

Formální poplatek +1 na centrálním atomu fosforu znamená, že má o jeden elektron méně než jeho neutrální stav. Tento kladný náboj je vyvážený tři záporný nábojs na atomy kyslíku, Což má za následek čistý poplatek z -3 pro celý iont.

Stabilita of iont PO4- je ovlivněna formálními náboji na každém atomu. Obecně, Lewisova struktura s formálními náboji blíže nule je stabilnější. V případě PO4 3- jsou formální náboje +1 na fosforu a -1 na každém atomu kyslíku relativně blízko nule, což naznačuje stabilní uspořádání.

Je důležité si uvědomit, že formální poplatky jsou zjednodušenou reprezentaci of distribuce elektronů a nemusí nutně odrážet pravá přirozenost of hustota elektronů v molekule. Nicméně poskytují užitečný nástroj pro předpovídání molekulární stabilita a vedení konstrukce Lewisových struktur.

Závěrem, formální poplatek je cenný koncept v pochopení stability a uspořádání atomů v molekule. Výpočtem formálních poplatků v iont PO4-, můžeme určit nejstabilnější Lewis strukturu a získat přehled o distribuci elektronů v molekule.

PO4 5

PO4 3- Lewisova struktura znázorňující formální náboje na atomech P a O

PO4 3- Lewisova struktura osamocené páry

Na struktuře PO4 3- je přítomno 4 celkových valenčních párových elektronů. Centrální atom P má čtyři vazby spojené se čtyřmi atomy O ve struktuře PO3 12-. Takže po čtyřech vazbách PO zbývá v 4-iontu PO3 pouze XNUMX elektronových párů.

Jak již vidíme, kyslík spadá pod 2nd periody periodické tabulky a nemá více osmi elektronů ve svém posledním orbitálu vnějšího pláště. Takže označme osamocený pár elektronů na čtyřech vnějších atomech O. Centrální atom P nemá žádný osamocený elektronový pár, protože již má 4 vazebné páry se 4 atomy O.

Takže vnější čtyři O atomy PO4 3- Lewisovy struktury mají celkem 12 osamělých elektronových párů, tři páry na každém jednotlivém O atomu.

PO4 3- tvar Lewisovy struktury

V PO4 3- Lewisově struktuře má střední atom fosforu čtyři vazby se čtyřmi atomy kyslíku. Všechny prvky P a 4O jsou vzájemně usazeny v možném geometrickém uspořádání, které může minimalizovat odpuzování v rámci vzájemných vazebných párů.

Podle teorie VSEPR jakákoli struktura nebo molekula přijímá geometrii, která minimalizuje odpuzování. Znamená to, že na žádném nejsou k dispozici žádné osamocené elektrony Lewisova struktura pak nedochází k odpuzování mezi páry vazeb. Obecný vzorec podle teorie VSEPR je AX4, který je vhodný pro PO4 3-lewisovu strukturu.

AX4:- A = ne. centrálních atomů

          X = počet vnějších vázaných atomů

Proto je podle molekulární geometrie iontu PO4 3- tvar lewisovy struktury PO4 3- tetraedrický.

PO4 3- Hybridizace

Jakákoli hybridizace struktur nebo molekul je založena na jejich sterickém čísle. Hybridizaci PO4 3- Lewisovy struktury lze určit zjištěním sterického čísla jeho centrálního atomu fosforu.

Sterické číslo je součet celkového počtu vázaných atomů spojených (připojených) s centrálním atomem a osamoceným párem elektronů na něm přítomných.

Sterické číslo PO4 3- = (počet prvků nebo atomů vázaných s atomem fosforu + fosforu s osamělým elektronovým párem)

Jak vidíme PO4 3- Lewisovu strukturu, centrální atom fosforu vázaný čtyřmi atomy kyslíku, tj. čtyřmi vazbami se čtyřmi atomy kyslíku a na atomech fosforu nejsou žádné osamocené elektronové páry.

Takže PO4 3- stérické číslo = 4 + 0 = 4

hybrid

V PO4 3- Lewisově struktuře má centrální atom P po výpočtu sterické číslo čtyři, takže má Sp3 hybridizace fosforu v iontu PO4 3-.

Rezonance PO4 3- Lewisova struktura

Rezonanční struktury PO4 3-

Pojďme vzít bližší pohled na rezonančních strukturách fosfátového iontu (PO4 3-). Fosfátový iont se skládá z centrální atom fosforu vázané na čtyři atomy kyslíku. Lewisova struktura PO4 3- může být reprezentována vícenásobnými rezonančními strukturami v důsledku delokalizace elektronů.

In první rezonanční strukturavzniká centrální atom fosforu jednoduché dluhopisy s třemi atomy kyslíku a dvojná vazba s jedním atomem kyslíku. Toto uspořádání splňuje oktet pravidlo pro všechny atomy zapojeno.

In druhá rezonanční strukturaje dvojná vazba posunuta na jiný atom kyslíku. To má za následek jinou distribuci of hustota elektronů uvnitř molekuly.

Třetí rezonanční struktura zahrnuje posunutí dvojné vazby ještě další atom kyslíku. Opět to vede k něčemu jinému distribuce elektronů.

Nasvědčuje tomu přítomnost více rezonančních struktur skutečnou strukturu fosfátového iontu je hybrid of tato různá uspořádání. Je důležité si to uvědomit skutečnou strukturu nekolísá mezi tyto rezonanční struktury, ale spíše představuje průměr of jejich vlastnosti.

PO4 6

PO4 3-

Lewis struktura zobrazující dvě rezonanční struktury

Význam rezonance v PO4 3- Lewisově struktuře

Koncept rezonance je pro pochopení zásadní vlastnosti a chování fosfátového iontu. Přemístění elektronů v rezonančních strukturách PO4 3- přispívá k jeho stabilitě a reaktivitě.

Přítomnost více rezonančních struktur umožňuje distribuci záporný náboj přes celou molekulu, snížení hustota elektronů on kterýkoli atom kyslíku. Tato distribuce náboje činí fosfátový ion stabilnější ve srovnání s hypotetická struktura s lokalizované poplatky.

Rezonance také ovlivňuje reaktivita fosfátového iontu. Přemístění elektronů usnadňuje fosfátovému iontu účastnit se chemických reakcí. Může například snadno vytvářet kovalentní vazby s jiné atomy nebo iontů, přispívajících k tvorbě různé sloučeniny obsahující fosfáty.

Stručně řečeno, rezonanční struktury fosfátového iontu (PO4 3-) hrají Významnou roli při určování jeho stability a reaktivity. Zvážením ο různé rezonanční strukturychemici mohou získat poznatky elektronická struktura a chování tento důležitý polyatomický iont.

PO4 3- polární nebo nepolární

Hlavním důvodem polarity jakékoli molekuly nebo iontu je rozdíl v elektronegativitě. V polárních molekulách existuje nenulový dipólový moment a mají asymetrický tvar.

Elektronegativita atomu P je 2.19 a elektronegativita atomu O je 3.44 a její rozdíl je 1.25, což je větší než hodnota Paulingova pravidla 0.5 vytvářející polární PO vazbu.

Ale pokud nakreslíme dipólové momenty v PO4 3-lewisově struktuře pro každou vazbu. Protože molekula PO4 3- má symetrickou strukturu, díky níž se dipólové momenty navzájem ruší, čímž se PO4 3- stává nepolární molekulou.

PO43- Polarita

Pro konformaci nepolární povahy iontu PO4 3- můžeme vidět jeho molekulární geometrii, protože má čtyřstěnný tvar a každý jeho dipólový moment jde opačným směrem a má nulový čistý dipólový moment, což potvrzuje nepolární povahu iontu. PO4 3- molekula.

PO4 3- Úhel vazby Lewisovy struktury

Molekulární geometrie iontu PO4 3- ukazuje tetraedrický tvar s obecným vzorcem VSEPR AX4, což ukazuje, že v Lewisově struktuře PO4 3- je centrální atom P připojen k vnějším čtyřem atomům O.

Takže struktura PO4 3-Lewis má úhel vazby 109.5 stupně.

PO4 7
PO4 3- Lewisova struktura zobrazující úhel vazby

Reálné aplikace PO4 3- Lewisovy struktury

A. PO4 3- v biologických systémech

Fosfátové ionty (PO4 3-) hrají zásadní roli v různých biologické systémy, sloužící jako základní složkou DNA, RNA a ATP (adenosintrifosfát). Tyto molekuly jsou nezbytné pro úložiště a převod genetická informace, stejně jako pro energetický metabolismus uvnitř buněk. Lewisova struktura PO4 3- nám pomáhá pochopit chemická vazbaa molekulární geometrie fosfátových iontů v biologických procesech.

V DNA a RNA, fosfátové skupiny formulář páteř of řetězce nukleové kyseliny. Lewisova tečková struktura PO4 3- ukazuje, že centrální atom fosforu je vázán na čtyři atomy kyslíku, přičemž tři z nich nesou a záporný náboj. Toto uspořádání umožňuje tvorbu silné kovalentní vazby mezi atomem fosforu a atomy kyslíkuposkytující stabilitu molekuly DNA a RNA.

Dále Lewisova struktura z PO4 3- ukazuje, že atom fosforu má osamělý pár elektronů, které se mohou účastnit vodíkové vazby s jiné molekuly. Tato interakce je zásadní pro správné fungování DNA a RNA, jak to umožňuje uznání a vázání komplementární nukleotidové sekvence během procesů, jako je replikace a transkripce.

B. PO4 3- v chemii životního prostředí

Fosfátové ionty (PO4 3-) také mají významné důsledky in environmentální chemie, zejména v kontext of cyklování živin a Kvalita vody. Přítomnost někoho nadměrné fosfáty in vodní útvary může vést k eutrofizaci, což je proces charakterizovaný nadměrný růst řas a jiné vodní rostliny. Toto přerůstání vyčerpává hladiny kyslíku in voda, vedoucí k smrt ryb a jiné organismy.

Pochopení Lewisovy struktury PO4 3- nám pomáhá pochopit chování fosfátových iontů v prostředí, záporný náboj na fosfátový iont přitahuje kladně nabité ionty jako vápník a hořčík, což má za následek tvorbu nerozpustné sloučeniny jako fosforečnan vápenatý a fosforečnan hořečnatý. Tyto sloučeniny se může vysrážet z voda, Čímž se snižuje dostupnost fosfátů pro růst řas a zmírňující účinky eutrofizace.

Navíc, Lewisova tečková struktura z PO4 3- také pomáhá v Design a rozvoj technologie odstraňování fosfátů. Pochopením chemická vazbaa molekulární geometrii fosfátových iontů mohou vědci vyvinout efektivní metody k odstranění fosfátů z odpadních vod a zemědělských odpadů, čímž se minimalizuje dopad na eutrofizaci vodní ekosystémy.

C. PO4 3- v průmyslových aplikacích

Lewisova struktura PO4 3- nachází uplatnění v různý průmyslové procesy, zejména v výroba hnojiv a detergentů. Fosfátové sloučeniny jsou zásadní komponenty hnojiv, poskytování potřebné živiny for růst rostlin. Porozumění z chemická vazbaing a molekulární geometrie fosfátových iontů pomáhá v vzorecz účinná hnojiva které dodávají fosfáty snadno dostupný formulář pro rostliny.

In výroba z detergentů se používají fosfátové sloučeniny jako změkčovače vody a stavitelé. Lewisova tečková struktura PO4 3- ukazuje, že záporný náboj na fosfátovém iontu umožňuje vázat se s ionty vápníku a hořčíku předložit tvrdá voda, zabraňující tvorbě nerozpustná mýdlová pěna. Tato vlastnost činí fosfátové sloučeniny cennými v detergentech, protože zlepšují účinnost čištění a udržovat kvalita of vyprané tkaniny.

Kromě toho je Lewisova struktura PO4- také relevantní v pole of technologie baterií. Materiály na bázi fosfátů, Jako fosforečnan lithno-železnatý (LiFePO4), se používají jako katody v lithium-iontové baterie kvůli jejich stabilitu a vysoká hustota energie. Porozumění z chemická vazbaing a molekulární geometrie fosfátových iontů pomáhá v vývoj of efektivní materiály baterií, přispívat na pokrok of systémy skladování obnovitelné energie.

Lewisova struktura PO4 3- má různé aplikace v reálném světě in biologické systémy, environmentální chemie, a průmyslové procesy. Pochopení chemická vazbaing a molekulární geometrie fosfátových iontů nám umožňuje pochopit jejich role v DNA, RNA, cyklování živin, Kvalita vody, hnojiva, detergenty a technologie baterií. Toto poznání usnadňuje vývoj of inovativní řešení a technologie, které prospívají různé sektory a přispět udržitelný rozvoj.

Často kladené otázky

Q1: Jaká je struktura Lewisových teček molekuly PO4 3-?

Lewisova tečková struktura molekula PO4 3-, také známý jako fosfátový iont, zahrnuje jeden atom fosforu at střed obklopen čtyřmi atomy kyslíku. Atom fosforu sdílí kovalentní vazby s každým atomem kyslíku a existují dvojné vazby s jedním atomem kyslíku. Zbývající tři atomy kyslíku nést a záporný náboj každý, účetní pro 3-náboj iontu.

Q2: Jaký význam mají valenční elektrony při kreslení Lewisových struktur?

Valenční elektrony hrají zásadní roli při kreslení Lewisových struktur. Jsou to elektrony uvnitř nejvzdálenější plášť atomu a podílejí se na tvorbě kovalentních vazeb. Číslo valenčních elektronů určuje kolik dluhopisů atom může vzniknout a jeho umístění v Lewisově struktuře.

Q3: Jaká je molekulární geometrie molekuly PO4 3-?

Molekulární geometrie of molekula PO4 3- je čtyřstěnný. To je způsobeno tím, že atom fosforu je obklopen čtyři elektronové páry, z nichž tři jsou vázány na atomy kyslíku a jeden je osamělý pár.

Q4: Jak platí pravidlo oktetu pro molekulu PO4 3-?

Oktetové pravidlo říká, že atomy mají tendenci vytvářet vazby v takových způsob které má každý atom osm elektronů in jeho valenční skořápka, V případě molekula PO4 3-, atom fosforu sdílí jeho pět valenčních elektronů se čtyřmi atomy kyslíku k dosažení stabilní elektronové konfigurace.

Q5: Co jsou rezonanční struktury a jak se vztahují na molekulu PO4 3-?

Rezonanční struktury jsou různé formy molekuly, kde chemická konektivita je stejný, ale elektrony jsou ve struktuře rozmístěny odlišně. V případě molekula PO4 3-, Jsou čtyři možné rezonanční struktury, každý s dvojnou vazbou umístěnou mezi atomem fosforu a jiným atomem kyslíku.

Q6: Jaká je role kovalentních vazeb v molekule PO4 3-?

Kovalentní vazby vznikají, když atomy sdílejí elektrony. v molekula PO4 3-atom fosforu tvoří kovalentní vazby s atomy kyslíku, sdílení elektronů pro dosažení stabilní elektronové konfigurace.

Q7: Jak negativní náboj v molekule PO4 3- ovlivňuje její strukturní zastoupení?

Projekt záporný náboj in molekula PO4 3- je kvůli tři elektrony navíc z atomy kyslíku. Toto zatížení je často reprezentován v Lewisových strukturách jako tři osamělé páry, jeden na každé ze tří atomy kyslíku.

Q8: Jak chemická notace pomáhá pochopit molekulu PO4 3-?

Chemická notace, jako Lewisova tečková struktura, poskytuje vizuální reprezentace molekuly. Ukazuje jak atoms jsou propojeny, typ vazeb mezi nimi a přítomnost jakýkoli poplatek nebo osamělé páry. To pomáhá v porozumění strukturu molekuly, lepení a vlastnosti.

Q9: Proč jsou víceatomové ionty jako PO4 3- důležité ve výuce chemie?

Polyatomické ionty jako PO4 3- jsou důležité v chemická výchova protože zavádějí pojmy jako kovalentní vazbamolekulární geometrie a rezonanční struktury. Ukazují také, jak atomy dosahují stability sdílení elektronů a vzniku iontů.

Také čtení: