Тригональная бипирамида: описание строения молекул с центральным атомом и 5 окружающими. Примеры: PF5, PCl5. Углы связей неодинаковы, позиции неэквивалентны.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Молекулярная структура с атомами в центре и вершинах треугольной бипирамиды.
Molecular structure with atoms at the center and vertices of a triangular bipyramid
В химии, треугольно-бипирамидальная структура – это молекулярная геометрия с одним атомом в центре и пятью атомами, расположенными в вершинах треугольной бипирамиды. Это одна из геометрий, для которой углы между связями вокруг центрального атома не одинаковы (см. также пятиугольная бипирамида), поскольку не существует геометрического расположения, в котором пять терминальных атомов находились бы в эквивалентных позициях. Примерами такой молекулярной геометрии являются пентафторид фосфора (PF5) и пентахлорид фосфора (PCl5) в газовой фазе.
In chemistry, a trigonal bipyramid formation is a molecular geometry with one atom at the center and 5 more atoms at the corners of a triangular bipyramid. This is one geometry for which the bond angles surrounding the central atom are not identical (see also pentagonal bipyramid), because there is no geometrical arrangement with five terminal atoms in equivalent positions. Examples of this molecular geometry are phosphorus pentafluoride (|PF5), and phosphorus pentachloride (|PCl5) in the gas phase.
Осевые (или апокильные) и экваториальные положения
Пять атомов, связанных с центральным атомом, не эквивалентны, и выделяют два различных типа позиций. Например, в пятихлориде фосфора атом фосфора лежит в одной плоскости с тремя атомами хлора, образуя с ними углы в 120° в экваториальных позициях, и еще двумя атомами хлора, расположенными выше и ниже этой плоскости (осевые или апикальные позиции). Согласно теории VSEPR о молекулярной геометрии, осевая позиция более затруднена, поскольку осевой атом имеет три соседних экваториальных атома (присоединенных к тому же центральному атому) под углом связи 90°, в то время как экваториальный атом имеет только два соседних осевых атома под углом связи 90°. Для молекул с пятью идентичными лигандами длины осевых связей, как правило, больше, поскольку атом лиганда не может так близко подойти к центральному атому. Например, в PF5 длина осевой связи P–F составляет 158 пм, а экваториальной – 152 пм, а в PCl5 осевая и экваториальная длины составляют 214 и 202 пм соответственно. Оба этих фактора уменьшают электронную плотность в области образования связи вблизи центрального атома, что снижает значимость затрудненности в осевой позиции.
The five atoms bonded to the central atom are not all equivalent, and two different types of position are defined. For phosphorus pentachloride as an example, the phosphorus atom shares a plane with three chlorine atoms at 120° angles to each other in equatorial positions, and two more chlorine atoms above and below the plane (axial or apical positions). According to the VSEPR theory of molecular geometry, an axial position is more crowded because an axial atom has three neighboring equatorial atoms (on the same central atom) at a 90° bond angle, whereas an equatorial atom has only two neighboring axial atoms at a 90° bond angle. For molecules with five identical ligands, the axial bond lengths tend to be longer because the ligand atom cannot approach the central atom as closely. As examples, in PF5 the axial P−F bond length is 158 pm and the equatorial is 152 pm, and in PCl5 the axial and equatorial are 214 and 202 pm respectively. Both factors decrease electron density in the bonding region near the central atom so that crowding in the axial position is less important.
Связанные геометрии с одиночными парами
Теория VSEPR также предсказывает, что замещение лиганда у центрального атома неподеленной парой валентных электронов не изменяет общую форму электронного расположения, а неподеленная пара занимает одно из положений. Для молекул с пятью парами валентных электронов, включая как связывающие, так и неподеленные пары, электронные пары по-прежнему располагаются в тригональной бипирамиде, но одно или несколько экваториальных положений не заняты атомами лигандов, что приводит к изменению молекулярной геометрии (рассматриваемой только для ядер). Молекулярная геометрия "качели" наблюдается в тетрафториде серы (SF4), где центральный атом серы окружен четырьмя атомами фтора, занимающими два аксиальных и два экваториальных положения, а также одной неподеленной парой в экваториальном положении, что соответствует молекуле AX4E в нотации AXE. Т-образная молекулярная геометрия характерна для трифторида хлора (ClF3), молекулы AX3E2, в которой атомы фтора находятся в двух аксиальных и одном экваториальном положении, а также присутствуют две неподеленные пары в экваториальных положениях. Наконец, трийодид-ион также имеет в основе тригональную бипирамиду, однако его фактическая молекулярная геометрия линейна, с концевыми атомами йода, расположенными только в двух аксиальных положениях, а три экваториальных положения заняты неподеленными парами электронов (AX2E3); другим примером этой геометрии является дифторид ксенона, XeF2.
The VSEPR theory also predicts that substitution of a ligand at a central atom by a lone pair of valence electrons leaves the general form of the electron arrangement unchanged with the lone pair now occupying one position. For molecules with five pairs of valence electrons including both bonding pairs and lone pairs, the electron pairs are still arranged in a trigonal bipyramid but one or more equatorial positions is not attached to a ligand atom so that the molecular geometry (for the nuclei only) is different. The seesaw molecular geometry is found in sulfur tetrafluoride (SF4) with a central sulfur atom surrounded by four fluorine atoms occupying two axial and two equatorial positions, as well as one equatorial lone pair, corresponding to an AX4E molecule in the AXE notation. A T shaped molecular geometry is found in chlorine trifluoride (ClF3), an AX3E2 molecule with fluorine atoms in two axial and one equatorial position, as well as two equatorial lone pairs. Finally, the triiodide ion is also based upon a trigonal bipyramid, but the actual molecular geometry is linear with terminal iodine atoms in the two axial positions only and the three equatorial positions occupied by lone pairs of electrons (AX2E3); another example of this geometry is provided by xenon difluoride, XeF2.
Псевдоротация ягод
Изомеры с тригональной бипирамидной геометрией способны превращаться друг в друга посредством процесса, известного как псевдоротация Берри. Псевдоротация концептуально схожа с движением конформационного диастереомера, хотя полные обороты не совершаются. В процессе псевдоротации два экваториальных лиганда (оба из которых имеют меньшую длину связи, чем третий) "перемещаются" к оси молекулы, в то время как осевые лиганды одновременно "перемещаются" к экватору, создавая непрерывное циклическое движение. Псевдоротация особенно заметна в простых молекулах, таких как пентафторид фосфора (PF5).
Isomers with a trigonal bipyramidal geometry are able to interconvert through a process known as Berry pseudorotation. Pseudorotation is similar in concept to the movement of a conformational diastereomer, though no full revolutions are completed. In the process of pseudorotation, two equatorial ligands (both of which have a shorter bond length than the third) "shift" toward the molecule's axis, while the axial ligands simultaneously "shift" toward the equator, creating a constant cyclical movement. Pseudorotation is particularly notable in simple molecules such as phosphorus pentafluoride (PF5).