يأتي رباعي الوجوه تحت نوع الهرم الذي له أربعة جوانب أو وجوه مثلثة "متساوية" إذا كنا نتحدث عن الهندسة. يشار إليه أحيانًا بالهرم الثلاثي حيث أن قاعدته يمكن أن تكون أيًا من تلك الوجوه. يمكن أن يشير أيضًا إلى جزيء يحتوي على أربعة إلكترونات لكل ذرة. هذان الإلكترونان مرتبطان معًا ، مما ينتج عنه بنية متساوية مثالية.
رباعي السطوح مقابل الهرم الثلاثي
الفرق بين هرم رباعي السطوح ومثلثي الأضلاع هو هيكل رباعي السطوح هو نوع من الهرم الذي له أربعة جوانب متساوية وهي مثلثة الشكل أو وجوه بها 4 ذرات متطابقة. يحتوي الهرم الثلاثي على ذرة واحدة في كل زاوية والذرات الثلاث الأخرى نفسها.
على الرغم من أن معظم العناصر رباعية السطوح لها تناظر أقل ، إلا أن مجموعة النقاط Td تشتمل على الكربون ومركبات رباعية السطوح متماثلة تمامًا. من الممكن صنع مواد رباعي السطوح مراوان. العنصر الأساسي لجسم رباعي السطوح محاط بأربع ذرات إضافية. كل ذرة من الذرات المحيطة لها زاوية رابطة مقدارها 109.5 درجة بسبب العنصر المركزي.
هندسة زوج الإلكترون رباعي السطوح التي تؤدي إلى الهندسة الجزيئية للهرم المثلثي لـ NH3 هي مثال شائع يستخدم في هندسة أزواج الإلكترونات رباعية السطوح التي تؤدي إلى الهندسة الجزيئية للهرم المثلثي. بسبب إلكترونات التكافؤ الخمسة ، يتطلب النيتروجين ثلاثة إلكترونات أخرى يتم الحصول عليها بواسطة ذرات الهيدروجين الثلاث الأخرى لتحقيق الثماني. ينتج عنه زوج إلكترون وحيد مع عدم وجود ذرة أخرى لتشكيل رابطة.
جدول مقارنة بين هرم رباعي السطوح وهرم ثلاثي الأضلاع
| معلمات المقارنة | هرم رباعي السطوح | الهرم الثلاثي |
| بنية | الهيكل رباعي السطوح هو نوع من الهرم له أربعة جوانب متساوية وهي مثلثة الشكل. | يحتوي الهرم الثلاثي على ذرة واحدة في كل زاوية والذرات الثلاث الأخرى نفسها. |
| قطبية | الهياكل الرباعية السطوح هي مركبات غير قطبية. | ينتمي الهرم الثلاثي إلى المركبات القطبية. |
| طول | دائمًا ما يكون الهيكل رباعي السطوح متساويًا في الطول مع بعضها البعض. | سيتأثر هيكل الهرم المثلثي بالذرة الوحيدة في قمته. |
| جاذبية كهربائية | لا يوجد جاذبية كهربائية في المركبات رباعية السطوح. | هناك جاذبية كهربائية في مركبات الهرم الثلاثي الزوايا. |
| دستور الذرات | جميع الذرات الأربعة البديلة هي نفسها. | يمكن أن يكون للذرة الواحدة تأثير على شكل الهرم الثلاثي الزوايا. |
ما هو الهرم رباعي السطوح؟
توجد ذرة مركزية في قلب الهندسة الجزيئية رباعية السطوح ، مع وجود أربعة بدائل في زوايا رباعي الوجوه. عندما تكون جميع البدائل الأربعة متماثلة ، كما في الميثان (CH4) [1] [2] ونظيراتها الأثقل ، تكون زوايا الرابطة هي cos1 (13) = 109.4712206… ° 109.5 °.
تشتمل مجموعة النقاط Td على الكربون ومركبات رباعية السطوح متماثلة تمامًا ، على الرغم من أن معظم الذرات الرباعية السطوح لها تناظر أقل. المركبات اللولبية رباعية السطوح ممكنة. العنصر رباعي السطوح هو العنصر الذي يُحاط فيه العنصر الأساسي بأربع ذرات أخرى.
يشكل العنصر المركزي زوايا رابطة مقدارها 109.5 درجة لكل ذرة من الذرات المحيطة. الميثان ، CH4 ، الأمونيا ، NH3 ، والماء ، H2O ، تحتوي جميعها على أربع مجموعات إلكترون تحيط بذرتها الأساسية ، مما يمنحها شكل رباعي السطوح بزوايا رابطة تقارب 109.5 درجة.
يحتوي الغاز الطبيعي على أبسط جزيء هيدروكربوني ، الميثان. تعتمد الهندسة رباعية السطوح لكل كربون في سلسلة هيدروكربونية على هذا الجزيء. يعرض مخطط لويس لـ NH4 + N في المركز ، مع عدم وجود أزواج إلكترونية وحيدة.
بالمقارنة ، تحتوي الأمونيا NH3 على زوج واحد. ترتبط ذرة الهيدروجين الرابعة بجزيء الأمونيا كأيون هيدروجين (بدون إلكترونات) بزوج النيتروجين الوحيد.
ما هو الهرم الثلاثي؟
الهندسة الجزيئية للهرم المثلثي لـ NH3 هي مثال على هندسة زوج الإلكترون رباعي السطوح مما يؤدي إلى الهندسة الجزيئية للهرم المثلثي. نظرًا لأن النيتروجين يحتوي على خمسة إلكترونات تكافؤ ، فإنه يتطلب ثلاثة إلكترونات إضافية من ثلاث ذرات هيدروجين لإكمال ثماني وحداتها.
هذا يترك زوجًا من الإلكترونات وحيدًا مع عدم وجود ذرة أخرى للارتباط به. عند زاوية رابطة تقريبًا 109 درجة ، تكون ذرات الهيدروجين الثلاث وزوج الإلكترون الوحيد بعيدًا عن بعضهما قدر الإمكان. هذه هي هندسة أزواج الإلكترونات رباعية السطوح.
تختبر ذرات الهيدروجين الثلاثة المتصلة تنافرًا أكبر قليلاً من أزواج الإلكترون المنفردة ، مما يؤدي إلى ضغط صغير بزاوية رابطة 107 درجة. نظرًا لأن زوج الإلكترون الوحيد ، بينما لا يزال يمارس تأثيره ، لا يمكن اكتشافه عند النظر إلى الهندسة الجزيئية ، فإن للجزيء هندسة جزيئية هرمية مثلثية.
هندسة زوج الإلكترون هي رباعي السطوح ، في حين أن الهندسة الجزيئية هي هرم ثلاثي الزوايا. يتم عرض أيون الهيدروجين المرتبط بالخصائص الحمضية لمركبات معينة في محلول مائي باستخدام أيون الهيدرونيوم ، وهي طريقة أكثر دقة.
توجد ثماني بتات من الإلكترونات في ذرات الكبريت وجميع ذرات الأكسجين. في النبيذ ، يتم استخدام أيونات الكبريتيت و بيسلفيت كمواد حافظة. وهو أيضًا أحد مكونات المطر الحمضي ، الذي يتم إنشاؤه عند اختلاط جزيئات الماء وثاني أكسيد الكبريت.
الاختلافات الرئيسية بين الهرم رباعي السطوح والهرم الثلاثي
استنتاج
من الناحية الكيميائية ، غالبًا ما توجد ذرة مركزية بالإضافة إلى الذرات الأربع في الرؤوس عندما يتم استخدام هذين الشكلين كوصف للهندسة الجزيئية. تقع الذرة المركزية داخل الحجم الصلب للرباعي الوجوه وعلى مسافة متساوية من جميع ذرات الرأس الأربعة في الهندسة العادية الرباعية السطوح المتناظرة.
هندسة زوج الإلكترون هي رباعي السطوح ، في حين أن الهندسة الجزيئية هي هرم ثلاثي الزوايا. الذرة المركزية هي هندسة هرمية مثلثية يمكن أن تكون داخل الحجم الصلب ، محصورة داخل مستوى الهرم الثلاثي / رباعي السطوح ، أو حتى خارج الحجم رباعي السطوح.
