Zapewne zdarzyło Ci się trafić na zadania o poleceniach:

– wskaż atomy leżące wzdłuż tej samej linii,

– zaznacz atomy leżące na tej samej płaszczyźnie.

Po lekturze tego artykułu z pewnością nie będziesz mieć problemów z udzieleniem poprawnych odpowiedzi w tego typu zadaniach. A zatem plastelina oraz wykałaczki do ręki i ruszamy modelować 🙂

Należy pamiętać o trzech kluczowych kwestiach:

1. Wzdłuż tej samej linii prostej i jednocześnie na tej samej płaszczyźnie ułożone są atomy, które wchodzą w skład drobin dwuatomowych.

Jako przykłady można przytoczyć poniższe cząsteczki oraz jony:

2. Wzdłuż tej samej linii prostej i jednocześnie na tej samej płaszczyźnie ułożone są atomy, których orbitalom walencyjnym przypisuje się hybrydyzację typu sp oraz bezpośrednio połączone z tymi atomami inne atomy.

Takie ułożenie atomów obserwuje się w następujących typach zbudowanych z trzech atomów drobin (cząsteczek lub jonów), pod warunkiem, że atom centralny nie ma wolnej pary elektronowej:

W przypadku cząsteczek o większej liczbie atomów sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana. Na przykład acetylen (C₂H₂) jest cząsteczką, w której wszystkie cztery atomy ułożone są współliniowo i jednocześnie leżą na tej samej płaszczyźnie, ponieważ orbitalom walencyjnym atomów węgla przypisujemy w tej cząsteczce hybrydyzację typu sp:

W przypadku jeszcze bardziej złożonych cząsteczek rozpatrujemy typ hybrydyzacji orbitali walencyjnych połączonych ze sobą atomów. Na przykład w cząsteczce heksa-1,3,5-triynu każdemu z atomów węgla przypisujemy typ hybrydyzacji sp orbitali walencyjnych. Cząsteczka taka ma budowę liniową, ponieważ są to kolejno połączone ze sobą atomy:

Gdy w cząsteczce związku chemicznego znajdują się atomy o różnych typach hybrydyzacji, wówczas jedynie tylko w niewielkim obszarze takiej drobiny możliwe jest rozróżnienie atomów leżących wzdłuż tej samej linii oraz na tej samej płaszczyźnie. Przykładem takiego związku chemicznego jest pent-2-yn:

W cząsteczce tego węglowodoru rozróżniamy atomy węgla o typie hybrydyzacji sp orbitali walencyjnych (atomy o lokantach 2 i 3) oraz o hybrydyzacji sp³ (atomy o lokantach 1, 4, 5). Wzdłuż tej samej linii ułożone są atomy węgla o lokantach 1, 2, 3, 4, ponieważ orbitalom walencyjnym atomów nr 2 i 3 przypisujemy typ hybrydyzacji sp, natomiast atomy o numerach 1 i 4 są z nimi bezpośrednio połączone. Ponadto w zaznaczonym obszarze cząsteczka jest również płaska (atomy leżą na tej samej płaszczyźnie).

3. Na tej samej płaszczyźnie leżą atomy, których orbitalom walencyjnym przypisuje się hybrydyzację typu sp² oraz bezpośrednio połączone z tymi atomami inne atomy

Opisane warunki spełniają drobiny zbudowane z trzech lub większej liczby atomów, na przykład o następujących wzorach elektronowych:

Są to zatem wszystkie drobiny o budowie kątowej (SO₂) oraz trójkątnej (SO₃, HCOO^–).

Innym przykładem cząsteczki, której wszystkie atomy leżą na tej samej płaszczyźnie pomimo hybrydyzacji typu sp³ orbitali walencyjnych atomu tlenu  jest H₂O, ponieważ drobina ta zbudowana jest z trzech atomów:

Można zatem powiedzieć, że na tej samej płaszczyźnie leżą wszystkie atomy wchodzące w skład cząsteczek trójatomowych.

Istnieją również bardziej złożone cząsteczki, w których wszystkie atomy leżą na tej samej płaszczyźnie, na przykład o następujących wzorach strukturalnych:

Te trzy cząsteczki w swojej strukturze zawierają atomy węgla wyłącznie o hybrydyzacji orbitali walencyjnych typu sp². O sześciu wymienionych wyżej drobinach (cząsteczkach oraz  jonie) mówimy, że mają budowę płaską.

UWAGA !

Pamiętajmy, że wiązanie pojedyncze pozwala na rotację połączonych za jego pośrednictwem ugrupowań atomów. W dalszej części artykułu rozpatrzymy jedynie sytuacje typowe, czyli takie, w których dane atomy STALE leżą na tej samej płaszczyźnie. Oznacza to, że nie rozpatrujemy możliwości chwilowego obrotu (rotacji) podstawnika połączonego wiązaniem pojedynczym z atomem węgla o hybrydyzacji sp². Taka rotacja skutkuje chwilowym ułożeniem na tej samej płaszczyźnie z zaznaczonymi atomami niektórych atomów należących do podstawnika. Zwróć uwagę, że na maturze rozpatrujemy sytuacje typowe – gdy rozpatrywane atomy STALE (cały czas) leżące na tej samej płaszczyźnie.

W przypadku, gdy w cząsteczce znajdują się atomy o różnych typach hybrydyzacji, wówczas jedynie tylko w niewielkim obszarze takiej drobiny możliwe jest rozróżnienie atomów leżących na tej samej płaszczyźnie. Przykładem takiego związku chemicznego jest kwas 2-metylopent-3-ynowy:

Atom węgla o numerze 1 i bezpośrednio z nim połączone atomy leżą na tej samej płaszczyźnie, ale jest ona inna, niż ta, na której leżą atomy węgla o numerach 2, 3, 4 i 5. Zwróć uwagę, że atom węgla oznaczony numerem 2 należy do dwóch różnych płaszczyzn.

Innym przykładem, jaki można przytoczyć podczas rozważania rozmieszczenia atomów na tej samej płaszczyźnie jest cząsteczka alkenu o nazwie 3-etylo-4,4-dimetyloheks-2-en (nazwa nie uwzględnia konkretnego izomeru geometrycznego).

W narysowanej cząsteczce na tej samej płaszczyźnie ułożone są atomy węgla o typie hybrydyzacji sp² ich orbitali walencyjnych (atomy węgla o lokantach nr 2 i 3) oraz bezpośrednio połączone z nimi atomy.

Na koniec warto jest wspomnieć o cząsteczkach oraz jonach o kształcie piramidy trygonalnej, na przykład:

W przypadku tego typu drobin atomy stanowiące podstawę piramidy leżą na tej samej płaszczyźnie – mowa jest tutaj o atomach wodoru (cząsteczka NH₃,  jon H₃O⁺) oraz atomach chloru ( cząsteczka PCl₃).

W ramach podsumowania tego tematu zapraszam Cię do sprawdzenia wiedzy poprzez rozwiązanie kilku zadań: zadanie 1, zadanie 2, zadanie 3, zadanie 4, zadanie 5, zadanie 6, zadanie 7, zadanie 8.

Spodobał Ci się ten artykuł? Polub mój fanpage na Facebooku oraz na Instagramie, aby nie ominęły Cię żadne nowości.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone