Валентті электрон жұбы бұлттарының тебісу (VSEPR) теориясы

PhET-тің бұл симуляциясы оқушыларға электрондардың орналасуы мен молекулалық геометрия арасындағы байланысты зерттеуге және түсінуге мүмкіндік береді.

1. Симуляцияны іске қосыңыз. Сізге екі режим таңдауға беріледі: «Модель» және «Нағыз молекулалар». «Модель» режимін таңдаңыз.

Модель режимі

Бұл режим өз молекулаларыңызды құруға мүмкіндік береді!

2. Экранның ортаңғы бөлімінде бір орталық атомы және екі дара байланысқан атомы бар молекуланың 3D моделін көресіз. Оны жақсырақ бақылау үшін тінтуірдің сол жақ батырмасын басып, әр түрлі бағытта қозғалтуға болады.

3. Экранның оң жағында орналасқан сәйкес суреттерді таңдай отырып, үлгіге дара, қос немесе үштік байланысқан атомдарды қосыңыз. Атомдарды қосқанда молекуланың пішіні қалай өзгеретінін бақылаңыз.

4. Бұл симуляцияда модельге электрондардың жалғыз жұбын қосуға болады.

5. Атомдар мен электрондарды бір-бірлеп жою үшін қызыл түймені немесе барлығын бірден жою үшін «Remove all» түймесін пайдаланыңыз.

6.«Name» бөліміндегі “Electron geometry” және «Molecule geometry» түймесіне құсбелгі қою арқылы болжанған молекулалық пішін атауын көре аласыз (мысалы, тетраэдрлік, сызықтық).

7. «Options» бөліміндегі «Show lone pairs» түймесіне құсбелгі қою арқылы электрондардың жалғыз жұптарын көрсетуге немесе жасыруға болады. 

8. «Options» бөліміндегі «Show bond angles» түймесіне құсбелгі қою арқылы байланыстар арасындағы бұрыштарды көре аласыз. Атомдарды әр қосқан сайын бұл бұрыштардың қалай өзгеретінін қадағалаңыз.

9. «Reset» батырмасын басу арқылы симуляцияны қайта бастаңыз.

Нағыз молекулалар режимі

Төмендегі навигация панелі арқылы келесі режимге өтіңіз. Бұл режимде сізге зерттеу үшін дайын молекулалардың 3D кеңістіктегі құрылымы көрсетіледі.

10. Оң жақта орналасқан ашылмалы мәзірден зерттелетін молекуланы таңдаңыз.

11. Экранның ортаңғы бөлімінде таңдалған молекуланың 3D құрылымы табиғаттағы және модель күйінде көрсетіледі.

12. «Name» және «Оptions» бөлімдерінде берілетін ақпарат алдыңғы режиммен сәйкес.

Виртуалды тәжірибе: Гиллеспи әдісі

Енді тәжірибе жүргізейік. 

13. Гиллеспи әдісі арқылы молекуланың геометриясын анықтау үшін тізімнен молекуланы таңдаңыз. Мысалы, бор трифториді (BF3). 

• Молекуланың формуласы — AX3Em. 
• Төменде келтірілген формула арқылы m-ді табыңыз.

n — орталық атомның айналасындағы электрондар саны. 

m — орталық атомның айналасындағы жалғыз жұп электрондарының саны. 

N₀ -орталық атомның сыртқы қабатында орналасқан электрондар саны.

Nn -орталық атоммен байланысатын лигандтардың электрон саны.

z — молекуланың заряды(ион күйінде болса +,-; атом күйінде болса 0-ге тең)

п — молекуладағы -байланыстар саны.

•  Бордың (B) 3 валенттік электроны бар.
• Әрбір фтор (F) атомы Бормен бір байланыс түзіп, жалғыз жұп түзбейді.
• Бордың айналасындағы электрондардың жалпы саны = 3 (валенттік электрондар) + 3 (F-ден байланыс электрондары) = 6

• Жалғыз жұптардың саны m=3-3=0  , демек молекула формуласы —  AX3E0. 
• Тек байланысатын электрондар болғандықтан және жалғыз жұптар болмағандықтан, BF үшін электрон геометриясы дұрыс үшбұрыш болып табылады  ( Кесте 1 қараңыз).

Кесте 1.

14. Енді “Модель” режиміне ауысыңыз, мұнда бор трифторидінің 3D үлгісін құрастырыңыз (BF3).

15. Тізімнен BF3 таңдаңыз және оның нақты үш өлшемді құрылымын қараңыз. Бұл құрылымды сіз құрастырған виртуалды модельмен салыстырыңыз. Ол сіздің есептеулеріңізге сәйкес келе ме? 

16. Дәл осы әдіс арқылы басқа молекулалардың геометриясын анықтап көріңіз.

Қорытынды

Бұл виртуалды симуляция молекула геометриясын зерттеудің тиімді құралы болып табылады. Бұл оқушыларға теориялық білім алуға ғана емес, оны молекулаларды құру және талдау үшін іс жүзінде қолдануға мүмкіндік береді.

Терминдер сөздігі

• molecule shape — молекула пішіні
• electron geometry — электрон геометриясы
• molecule geometry — молекула геометриясы
• lone pairs — жалғыз жұптар
• bond angle — байланыс бұрышы
• linear — сызықтық
• trigonal planar — дұрыс үшбұрыш
• tetrahedral — тетраэдр
• trigonal bipyramidal — тригональды бипирамида
• octahedral — октаэдр