PH4+ Struktura i charakterystyka Lewisa: 17 kompletnych faktów

PH₄⁺ jest wodorkiem P o masie molowej 35.006 g/mol, jest kationem pentahydratu fosforu. Zbadajmy więcej na ten temat w tym artykule.

Centralny atom P w PH₄⁺ jest sp³ zhybrydyzowany o kształcie czworościennym. Ze względu na ten szczególny kształt kąt wiązania cząsteczki wynosi 109⁰. P znajduje się na -3 stopniu utlenienia w tej cząsteczce hydratu kationu. Dodatni ładunek leży nad atomem P tylko dlatego, że nie jest on tu zadowolony z jego pięciowartościowego.

PH₄⁺ jest dysproporcjonalną formą PH₃ i PH₅. W tej cząsteczce stopień utlenienia jest pośredni niż w pozostałych dwóch związkach. Omówmy kilka ważnych tematów związanych z PH4+, takich jak struktura Lewisa, hybrydyzacja, kąt wiązania i elektrony walencyjne z odpowiednimi wyjaśnieniami w następnym artykule.

1. Jak narysować PH₄⁺ struktura Lewisa

Struktura Lewisa PH₄⁺ może dać nam jasne wyobrażenie o właściwościach molekularnych PH₄⁺. Spróbujmy narysować struktura Lewisa PH4+ w różnych kolejnych krokach.

Liczenie elektronów walencyjnych

Liczenie elektronów walencyjnych dla cząsteczki jest pierwszym krokiem do prawidłowego narysowania jej struktury Lewisa. Tutaj suma elektronów walencyjnych wynosi 8. Teraz możemy wyjaśnić te elektrony walencyjne, dodając elektrony walencyjne P jako 5 i dla czterech atomów H jako 1 każdy, a 1 zostanie odjęty dla obecnego ładunku dodatniego.

Wybór centralnego atomu

Wybór centralnego atomu do rysowania struktura Lewisa to kolejny ważny krok. Tutaj P jest wybrany jako centralny atom z dwóch powodów. Pierwszym powodem jest to, że rozmiar P jest większy niż H, dzięki czemu może akumulować wszystkie otaczające go atomy, a drugim powodem jest to, że P jest bardziej elektrododatni niż H.

Zaspokojenie oktetu

Zawsze należy sprawdzić podczas rysowania struktury Lewisa, że ​​każdy atom powinien przestrzegać zasady oktetu, wypełniając swój orbital walencyjny, akceptując lub dzieląc się elektronami od innych. Więc tutaj P ma cztery elektrony ze względu na ładunek dodatni i dzieli cztery elektrony, a H dzieli jeden elektron.

Zaspokojenie wartościowości

Aby przestrzegać wszystkich oktetów elektronów wymaganych dla PH₄⁺ mają 8+(4*2)=16, ale całkowita wartościowość elektronów wynosi 8, więc aby spełnić wartościowość każdego atomu, powinniśmy dodać ½(16-8)=4 wiązania, ale P jest pięciowartościowy, więc nad nim występuje jeden dodatni ładunek i jednowartościowość każdego atomu H jest również usatysfakcjonowana przez wspólne wiązanie z centralnym P.

Przypisz samotne pary

W ostatnim kroku przypisujemy niezwiązane elektrony do odpowiednich atomów. Te elektrony przychodzą w końcu po spełnieniu oktetu i wartościowości. P ma pięć elektronów walencyjnych, a ze względu na ładunek dodatni ma teraz cztery elektrony, a wszystkie elektrony są związane. Nie obserwuje się więc samotnych par.

2. Kształt struktury Lewisa PH4+

Struktura Lewisa kształt jest bardzo szczególny dla tej cząsteczki, która ma to samo środowisko. Teraz próbujemy poznać kształt PH₄⁺ w następnej sekcji.

Kształt PH₄⁺ jest czworościenny zgodnie z poniższą tabelą.

PH₄⁺ ma podobną geometrię do PH3 jak czworościan. Ponieważ PH3 i PH₄⁺ mają takie samo środowisko, jak oba są cząsteczkami tetra-skoordynowanymi. Dla PH3 ma jedną samotną parę, a dla PH₄⁺ ma jedną dodatkową parę wiązań zamiast samotnych par. Ta geometria jest potwierdzona zgodnie z teorią VSEPR.                                                                                                                                                     

3. Elektrony walencyjne PH4+

Za pomocą elektronów walencyjnych każdy atom może tworzyć trwałe wiązanie z innym, a także wartościowość będzie uzasadniona. Obliczmy całkowitą liczbę elektronów walencyjnych dla PH₄⁺.

Całkowite elektrony walencyjne PH₄⁺ jest 8, ponieważ 5 elektronów pochodzi z P i dla każdego H wynosi 1, więc dla 4 atomów H liczby wynoszą 4, a ze względu na obecność jednego ładunku dodatniego, jeden zostanie odjęty od całkowitej wartości. Tak więc elektrony walencyjne PH₄⁺ są sumą każdego atomu.

• Obliczmy oddzielnie całkowitą liczbę elektronów walencyjnych dla układu.
• Elektrony walencyjne dla centralnego P wynoszą 5
• Elektrony walencyjne dla otaczającego atomu H to 1
• Z powodu jednego ładunku dodatniego odjęcie elektronu wynosi 1
• Tak więc całkowite elektrony walencyjne dla PH4+ wynoszą 5+(1*4)+1=8

4. Reguła oktetu struktury Lewisa PH4+

Aby zadowolić wartościowość każdego atomu, po utworzeniu wiązania przestrzegają oktetu, wypełniając swój orbital walencyjny. Teraz omów oktet o PH₄⁺ szczegółowo.

P i H oba uzupełnione oktet w PH₄⁺ dzieląc się wiązaniem. Stabilna wartościowość P wynosi 5 potwierdzona z jego konfiguracji elektronicznej [Ne]3s²3p³. Może więc tworzyć stabilne 5 wiązań, ale tutaj tworzy tylko cztery wiązania iz tego powodu pojawia się na nim ładunek dodatni, aby zaspokoić jego oktet. H tworzył również pojedyncze wiązanie.

Aby wykonać oktet dla p bloku P i s bloku H atomu, całkowita potrzeba elektronów wyniesie 8+(4*2) =16. Ale elektrony walencyjne mają 8, więc pozostałe elektrony gromadzą się przez wiązania 8/2 = 4, aby zaspokoić ich wartościowość. P jest pięciowartościowy, który wypełniają cztery wiązania i ładunek dodatni, aby zakończyć oktet.

5. Samotne pary struktury Lewisa PH4+

Samotne pary to te elektrony walencyjne, które nie uczestniczą w tworzeniu wiązań, są to elektrony nie związane. Policzmy samotne pary PH₄⁺.

PH4+ nie ma nad nim samotnych par. Ponieważ wszystkie elektrony walencyjne PH₄⁺ który pochodzi z P i H, biorą udział w tworzeniu wiązania. Nawet P jest naładowany dodatnio, co oznacza, że ​​brakuje mu elektronów walencyjnych w powłoce walencyjnej. H ma tylko jeden elektron, więc nie ma szans na samotne pary.

• Pojedyncze pary są obliczane według następującego wzoru: elektrony niezwiązane = elektrony walencyjne – elektrony wiążące.
• Samotna para nad P to 4-4 = 0 (ponieważ P ma ładunek dodatni)
• Samotne pary nad H to 1-1 = 0
• Tak więc całkowita liczba samotnych par PH4+ wynosi zero.

6. PH₄⁺ kąt struktury Lewisa

Kąt wiązania to kąt, jaki tworzą atomy obecne w cząsteczce dla właściwej orientacji i kształtu. Teraz oblicz kąt wiązania PH₄⁺ w następnej części.

Kąt wiązania PH₄⁺ jest 109.5⁰ ponieważ jest to cząsteczka czworościenna. Rozmiar P jest bardzo duży niż H, więc może akumulować cztery H w czworościennym ugrupowaniu bez żadnego odpychania sterycznego. Poza tym nie ma samotnych par nad centralnym P, więc nie ma szans, że odpychanie i kąt wiązania nie uległy odchyleniu.

• W rzeczywistości kąt wiązania jest przewidziany przez regułę zgięcia hybrydyzacji, COSθ = s/(s-1).
• Hybrydyzacja PH₄⁺ jest sp³, więc s znak to 1/4^th.
• Zatem kąt wiązania wynosi COSθ = {(1/4)} / {1-(1/4)} = -0.333
• Θ = KOS^-1(-.033) = 109.5⁰
• Który jest idealnym kątem wiązania dla czworościennych cząsteczek, takich jak PH4+

7. Opłata formalna struktury Lewisa PH4+

Dzięki pojęciu ładunku formalnego możemy przewidzieć wielkość ładunku i który atom akumuluje, co można obliczyć. Obliczmy opłatę formalną za PH₄⁺.

Formalna opłata PH₄⁺ wynosi 1, ponieważ ma już ładunek obecny na cząsteczce. H jest jednowartościowy, a jeśli jest nad nim ładunek, to nie ma elektronu dla H, co jest niemożliwe. Ale P jest pięciowartościowy i jeśli ładunek jest nad nim, staje się czterowartościowy, co jest możliwe.

• Sprawdźmy wartość ładunku formalnego obecnego nad H lub P wzorem FC = N_v - N_lp -1/2 N_bp
• Ładunek formalny nad atomem P to 5-0-(8/2) = +1
• Formalny ładunek atomu nad H wynosi 1-0-(2/2) = 0
• Tak więc z powyższych danych potwierdza się, że ładunek dodatni jest obecny nad P, a wartość wynosi +1.

8. Rezonans struktury Lewisa PH4+

Rezonans to delokalizacja chmur elektronowych poprzez różne formy szkieletu cząsteczki. Zobaczmy, czy jest możliwe dla PH₄⁺ rezonansowa struktura, czy nie.

Dla PH₄⁺ cząsteczki, nie ma możliwej struktury rezonansowej. Chociaż jest to koncepcja teoretyczna, rezonans jest możliwy tylko w przypadku obecności dodatkowych chmur elektronowych i gęstości elektronowej π. Ale w PH₄⁺ nie ma takiego przypadku również P jest naładowany dodatnio, co oznacza brak elektronów.

P i H są połączone wiązaniem sigma, a natura przepływu elektronów to elektron sigma, więc nie ma nadmiaru chmur elektronów, które mogłyby rezonować między sobą. Ponadto p jest naładowany dodatnio, więc bardzo mocno utrzymuje gęstość elektronową i że gęstości elektronowej nie można zdelokalizować.

9. PH₄⁺ hybrydyzacja

Hybrydyzacja to koncepcja teoretyczna, dzięki której mieszanie orbitali atomowych tworzy nowy orbital hybrydowy o równoważnej energii. Przewidujmy hybrydyzację PH₄⁺.

PH₄⁺ jest sp³ zhybrydyzowany, co potwierdza poniższa tabela.

• Hybrydyzację możemy obliczyć ze wzoru umownego, H = 0.5(V+M-C+A),
• Zatem hybrydyzacja centralnego P to ½(5+4-1) = 4 (sp³)
• Jeden orbital s i trzy orbitale p P są zaangażowane w hybrydyzację.
• Dodatni ładunek jest również zawarty w hybrydyzacji.

10. Czy PH₄⁺ Rozpuszczalny w wodzie?

Rozpuszczalność w wodzie każdej substancji musi zostać rozpuszczona przez jonizację, a następnie rozpuszcza się w wodzie. Omówmy rozpuszczalność PH₄⁺ w wodzie.

PH₄⁺ jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. P nie może tworzyć wiązania wodorowego z wodą. Rozmiar P jest większy, a elektroujemność P jest również mniejsza, więc nie jest kompatybilny z wiązaniem wodorowym. PH₄⁺ może być łatwo jonizowany w wodzie, ponieważ niesie ładunek i jest nierozpuszczalny w wodzie.

Dlaczego i jak PH₄⁺ nie rozpuszcza się w wodzie?

PH₄⁺ nie rozpuszcza się w wodzie, ponieważ jest to cząsteczka gazowa i dla cząsteczki gazowej szansa na rozpuszczanie w środowisku wodnym jest bardzo mała. Chociaż ma ładunek dodatni i z tego powodu może przyciągać cząsteczki wody. Ponownie, ze względu na brak polaryzacji nie rozpuszcza się w wodzie.

11. Czy PH₄⁺ solidny?

Kiedy oddziaływania atomowe w cząsteczce są bardzo wysokie, jak siły van der Waala lub Londona, wtedy cząsteczka istnieje jako ciało stałe. Zobaczmy, czy PH₄⁺ jest solidny, czy nie.

PH₄⁺ nie jest stały i może istnieć w postaci gazowej w temperaturze pokojowej. Interakcja wiązań między P i H jest bardzo niska. Obie są klasami niemetali, ponownie H jest atomem gazowym, więc zestalony H w temperaturze pokojowej nie jest możliwy. Tak więc energia sieci między nimi jest bardzo słaba.

Dlaczego i jak PH₄⁺ jest gazowy?

PH₄⁺ jest gazowy, ponieważ wiązanie między P i H jest bardzo słabe i występują słabe siły oddziaływania. Gdy cząsteczka istnieje w postaci gazowej, to jej entropia zostanie zwiększona i jest to korzystne z punktu widzenia termodynamiki. Więc PH₄⁺ istnieje raczej w postaci gazowej niż stałej w temperaturze pokojowej.

12. Czy PH₄⁺ związek molekularny?

Podczas mieszania dwóch lub więcej atomów w ustalonym stosunku utrzymywanie wartościowości w reakcji chemicznej jest znane jako związek. Zobaczmy, czy PH₄⁺ jest związkiem molekularnym, czy nie.

PH₄⁺ jest tworzony przez P i H przy zachowaniu odpowiedniej wartościowości oraz stałej proporcji. Jeśli stosunek P lub H zostanie zmieniony, to nie będzie już PH₄⁺, zmienia się w inne związki o innych właściwościach. Również PH₄⁺ powstaje w wyniku reakcji chemicznej.

Dlaczego i jak PH₄⁺ jest związkiem molekularnym?

PH₄⁺ jest związkiem molekularnym, ponieważ tworzy odpowiednie wiązanie kowalencyjne między atomami P i czterema atomami H przy zachowaniu ustalonego stosunku tych dwóch atomów. Tutaj pięciowartościowy P jest utrzymywany przez cztery pary wiązań, a dodatni ładunek i jednowartościowość H są również spełnione. Więc PH₄⁺ jest związkiem molekularnym.

13. Czy PH₄⁺ kwas czy zasada?

Kwasowość lub zasadowość cząsteczki zależy od zdolności oddawania H+ lub OH- w roztworze wodnym zgodnie z Teoria Arrheneiusa. Zobaczmy, czy PH₄⁺ jest kwasem lub zasadą.

PH₄⁺ jest kwasem i może oddawać H+ w roztworze wodnym. Oddziaływanie wiązań między P i H jest bardzo słabe, więc może łatwo oddawać jon H+ i działa jak kwas. Ponadto, ze względu na ładunek dodatni, może szybko przyjmować gęstość elektronową i działa jak kwas Lewisa. Od wartości pH PH₄⁺, jest słabym kwasem.

Dlaczego i jakPH₄⁺ to jest kwas Lewisa?

PH₄⁺ jest kwasem Lewisa, ponieważ może przyjmować samotne pary lub gęstość elektronów z odpowiedniej bazy Lewisa lub centrum bogatego w elektrony. P ma wolny orbital d, gdzie może przyjąć gęstość elektronową, a także dzięki dodatniemu ładunkowi powinowactwo elektronowe centrum P zwiększa się, co powoduje zmniejszenie energii orbitalnej.

14. Czy PH₄⁺ elektrolit?

Elektrolity są tą substancją, która może ulegać jonizacji w roztworze wodnym i przenosić prąd przez ten roztwór. Zobaczmy, czy PH₄⁺ jest elektrolitem, czy nie.

PH₄⁺ jest elektrolitem i niesie ze sobą ładunek. Tak więc, gdy jest rozpuszczony w roztworze wodnym i jeśli nie jest w pełni zjonizowany, chociaż może przenosić prąd przez ten roztwór. PH₄⁺ jonizuje w roztworze wodnym i tworzy jeden kation, a ta naładowana cząsteczka może przenosić energię elektryczną.

Dlaczego i jak PH₄⁺ jest elektrolit?

PH₄⁺ jest elektrolitem, ponieważ łatwo ulega jonizacji po rozpuszczeniu w roztworze wodnym. Kiedy jest zjonizowany, tworzy cząsteczkę fosfiny, która wraz z H+ jest cząsteczką obojętną. mobilność H+ jest bardzo wysoka ze względu na jego mały rozmiar i potencjał jonowy, dzięki czemu może przenosić energię elektryczną.

15. Czy PH₄⁺ Sól?

W chemii definicją soli jest tworzenie kationów innych niż H⁺ oraz aniony inne niż OH^- i związane przez interakcje jonowe. Sprawdźmy, czy PH₄⁺ jest sól czy nie.

PH₄⁺ nie jest solą, głównym powodem jest to, że nie może wytwarzać kationu innego niż H⁺ a drugim powodem jest to, że nie powstaje w wyniku oddziaływania jonowego. Jest to cząsteczka kowalencyjna i formująca się metodą podziału elektronów. Już zachowuje się jak kwas, więc nie może już być solą.

Dlaczego i jak PH₄⁺ nie jest solą?

PH₄⁺ nie jest solą, ponieważ nie może wytwarzać kationu i anionu innego niż H⁺ i OH^-. ponieważ gdy jest zjonizowany tworzy obojętną cząsteczkę PH3 wraz z H⁺. Do tego uwolnienie H⁺ zachowuje się już jak kwas, a gdy cząsteczka kwasu reaguje z zasadą, powstaje sól.

16. Czy PH₄⁺ jonowy czy kowalencyjny?

Zgodnie z Zasada FajanaŻadna cząsteczka nie może być w 100% jonowa, ma charakter kowalencyjny i odwrotnie. Zobaczmy, czy PH4+ jest kowalencyjne czy jonowe.

PH₄⁺ jest kowalencyjny i głównym powodem powstania cząsteczki jonowej jest formowanie się przez oddziaływanie jonowe i metodę całkowitego oddawania elektronów. Ale PH₄⁺ cząsteczka jest tworzona przez udział elektronów między P i H. Ponownie potencjał jonowy H⁺ nie jest wysoka i nie może polaryzować swojego odpowiednika cząsteczki.

Dlaczego i jak PH₄⁺ jest kowalencyjny?

PH₄⁺ jest kowalencyjny, ponieważ P jest niemetalem i zawsze tworzy wiązanie przez współdzielenie elektronu z innymi. Ponownie, wiązanie PH nie jest polarne, ponieważ nie ma różnicy w elektroujemności, więc wiązanie ma charakter kowalencyjny. Nie ma szans na polaryzację anionu przez kation i polaryzowalność.

17. Czy PH₄⁺ polarny czy niepolarny?

Polarność cząsteczki zależy od obecności różnic momentów dipolowych i elektroujemności między dwoma atomami. Zbadajmy polaryzację PH₄⁺.

PH₄⁺ jest cząsteczką niepolarną, a elektroujemność P i H jest prawie taka sama iz tego powodu nie ma różnicy elektroujemności. Zatem w cząsteczce nie ma przepływu momentu dipolowego chociaż jest to cząsteczka asymetryczna.

Dlaczego i jak PH₄⁺ jest niepolarny?

PH₄⁺ jest niepolarny, ponieważ elektroujemność jest taka sama dla atomów P i H, więc nie ma początku momentu dipolowego w kierunku mniej elektroujemnego atomu. Ogólnie rzecz biorąc, moment dipolowy przepływa od bardziej elektroujemnego podstawnika do mniej elektroujemnego elementu, ale tutaj ten przypadek nie jest dostępny.

Wnioski

PH₄⁺ jest gazową cząsteczką i kationem PH5 lub może być uważana za PH3 akceptującą jeszcze jeden proton. Jest to cząsteczka kowalencyjna i niepolarna, również nie jest elektrolitem, chociaż niesie ze sobą ładunek.

Przeczytaj także:

• Struktura Nocl Lewisa
• Struktura lewisa Brcl5
• Struktura Lewisa Baso4
• Struktura Lewisa Xeo3
• Struktura Lewisa Ibr3
• Struktura Ocna Lewisa
• Struktura Lewisa Asf5
• Struktura Lewisa N2h4
• Struktura Lewisa Hclo2
• Struktura Lewisa Ch2i2

Biswarup Chandra Dey

Cześć… Nazywam się Biswarup Chandra Dey i ukończyłem studia magisterskie z chemii na Uniwersytecie Centralnym w Pendżabie. Moją specjalizacją jest Chemia Nieorganiczna. Chemia to nie tylko czytanie linijka po linijce i zapamiętywanie, to koncepcja, którą można łatwo zrozumieć i tutaj dzielę się z Wami koncepcją chemii, której się uczę, bo warto się nią dzielić.