1. Chapter 9 Molecular Geometry and Bonding Theories

2. Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) Theory based on idea that regions of electron density in valence shell of central atom will be distributed in space such that electrostatic repulsions are minimizedbased on idea that regions of electron density in valence shell of central atom will be distributed in space such that electrostatic repulsions are minimized places regions of electron density as far apart as possibleplaces regions of electron density as far apart as possible produces molecular geometryproduces molecular geometry

3. Steps in Predicting Molecular Geometry draw Lewis structure of substancedraw Lewis structure of substance count regions of electron density on central atomcount regions of electron density on central atom draw electron pair shapedraw electron pair shape derive and draw molecular geometryderive and draw molecular geometry

4. Regions of Electron Density single covalent bondsingle covalent bond double covalent bonddouble covalent bond triple covalent bondtriple covalent bond lone pairlone pair unpaired electronunpaired electron

5. # Regions Shape 2linear 180°

6. Shape 2 3 linear trigonal planar 180° 120°

7. # Regions Shape 2 3 linear trigonal planar 4tetrahedral 180° 120° 109.5°

8. 5 trigonal bypyramidal 90° 120°

9. 5 6 octahedral 90° 90° 120°

10. Examples Determine the electron-pair and molecular geometries of each of the following. Draw and name each.

11. Beryllium Chloride

12. BeCl 2

13. Beryllium Chloride BeCl 2 1. Lewis structure

14. Beryllium Chloride BeCl 2 1. Lewis structure             Cl Be Cl

15. Beryllium Chloride BeCl 2 1. Lewis structure             Cl Be Cl 2. Count regions of electron density on central atom central atom

16. Beryllium Chloride BeCl 2 1. Lewis structure             Cl Be Cl 2. Count regions of electron density on central atom central atom 2

17. Beryllium Chloride BeCl 2 1. Lewis structure             Cl Be Cl 2. Count regions of electron density on central atom central atom 2 3. Draw and name electron-pair shape             Cl Be Cl linear

18. Beryllium Chloride BeCl 2 3. Draw and name electron-pair shape             Cl Be Cl linear 3. Derive and name molecular shape             Cl Be Cl linear

19. Carbon Dioxide

20. CO 2

21. Carbon Dioxide CO 2         O C O

22. Carbon Dioxide CO 2         O C O 2 regions

23. Carbon Dioxide CO 2         O C O 2 regions Electron-pair shape, linear        O C O

24. Carbon Dioxide CO 2         O C O 2 regions Electron-pair shape, linear        O C O Molecular shape, linear       O C O

25. Aluminum Bromide

26. AlBr 3

27. Aluminum Bromide AlBr 3 Al Br Br Br                  

28. Aluminum Bromide AlBr 3 Al Br Br Br                   3 regions

29. Aluminum Bromide AlBr 3 Al Br Br Br                   3 regions Electron-pair shape trigonal planar Al Br Br Br                  

30. Aluminum Bromide AlBr 3 Al Br Br Br                   3 regions Electron-pair shape trigonal planar Al Br Br Br                   Molecular shape trigonal planar Al Br Br Br                  

31. Nitrite Ion

32. NO 2 –

33. Nitrite Ion NO 2 –       ONO       –

34. Nitrite Ion NO 2 –       ONO       – 3 regions

35. Nitrite Ion NO 2 –       ONO       – 3 regions Electron-pair shape trigonal planar N O O             –

36. Nitrite Ion NO 2 –       ONO       – 3 regions Electron-pair shape trigonal planar N O O             –

37. Nitrite Ion NO 2 –       ONO       – 3 regions Electron-pair shape trigonal planar N O O             – Molecular shape bent bent N O O             –

38. Carbon Tetrabromide

39. CBr 4

40. Carbon Tetrabromide CBr 4 C Br Br Br                   Br      

41. Carbon Tetrabromide CBr 4 C Br Br Br                   Br       4 regions

42. Carbon Tetrabromide CBr 4 C Br Br Br                   Br       4 regions Electron-pair shape tetrahedral C Br Br Br                   Br      

43. Carbon Tetrabromide CBr 4 C Br Br Br                   Br       4 regions Electron-pair shape tetrahedral C Br Br Br                   Br       Molecular shape tetrahedral

44. Arsine

45. Arsine AsH 3

46. Arsine As H H H  

47. Arsine As H H H   4 regions electron-pair shape, tetrahedral

48. Arsine AsH 3 As H H H   4 regions electron-pair shape, tetrahedral As   H H H

49. Arsine AsH 3 As H H H   4 regions electron-pair shape, tetrahedral As   H H H molecular shape trigonal pyramid or tripod

50. Arsine AsH 3 As H H H   4 regions electron-pair shape, tetrahedral As   H H H molecular shape trigonal pyramid or tripod As H H H

51. Water H2OH2OH2OH2O

52. Water H2OH2OH2OH2O O   HH  

53. Water H2OH2OH2OH2O O   HH   4 regions electron-pair shape tetrahedral

54. Water H2OH2OH2OH2O O   HH   4 regions electron-pair shape tetrahedral O   HH  

55. Water H2OH2OH2OH2O O   HH   4 regions electron-pair shape tetrahedral O   HH   molecular shape bent

56. Water H2OH2OH2OH2O O   HH   4 regions electron-pair shape tetrahedral O   HH   molecular shape bent O HH

57. Phosphorus Pentafluoride

58. PF 5                 P F F F F F              

59. Phosphorus Pentafluoride PF 5                 P F F F F F               5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal                 F F F F F               P

60. Phosphorus Pentafluoride PF 5                 P F F F F F               5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal                 F F F F F               P molecular shape trigonal bipyramidal

61. Sulfur Tetrafluoride

62. SF 4

63. Sulfur Tetrafluoride SF 4           S F F F F                

64. Sulfur Tetrafluoride SF 4           S F F F F                 5 regions trigonal bipyramidal

65. Sulfur Tetrafluoride SF 4           S F F F F                 5 regions trigonal bipyramidal                 F F F F           S

66. Sulfur Tetrafluoride SF 4           S F F F F                 5 regions trigonal bipyramidal                 F F F F           S                 F F F F         S molecular shape distorted tetrahedral

67. Sulfur Tetrafluoride SF 4           S F F F F                 5 regions trigonal bipyramidal                 F F F F           S molecular shape see saw S F F F F

68. Chlorine Trifluoride

69. ClF 3

70. Chlorine Trifluoride ClF 3           F F F             Cl

71. Chlorine Trifluoride ClF 3           F F F             Cl 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal

72. Chlorine Trifluoride ClF 3           F F F             Cl 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal Cl   F F F                    

73. Chlorine Trifluoride ClF 3           F F F             Cl 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal Cl   F F F                    

74. Chlorine Trifluoride ClF 3           F F F             Cl 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal Cl   F F F                     molecular shape T-shape Cl   F F F                

75. Sulfur Hexafluoride

76. SF 6

77. Sulfur Hexafluoride SF 6 S F F F F F F                                    

78. Sulfur Hexafluoride SF 6 S F F F F F F                                     6 regions electron-pair shape octahedral S F F F F F F                                    

79. Sulfur Hexafluoride SF 6 S F F F F F F                                     6 regions electron-pair shape octahedral S F F F F F F                                     molecular shape octahedral

80. Bromine Pentafluoride

81. BrF 5

82. Bromine Pentafluoride BrF 5 Br F F F F F                                

83. Bromine Pentafluoride BrF 5 Br F F F F F                               6 regions electron-pair shape octahedral  

84. Bromine Pentafluoride BrF 5 Br F F F F F                               6 regions electron-pair shape octahedral Br F F F F F                                  

85. Bromine Pentafluoride BrF 5 Br F F F F F                               6 regions electron-pair shape octahedral Br F F F F F                                  

86. Bromine Pentafluoride BrF 5 Br F F F F F                               6 regions electron-pair shape octahedral Br F F F F F                                 molecular shape square pyramidal Br F F F F F                              

87. Xenon Tetrafluoride

88. XeF 4

89. Xenon Tetrafluoride XeF 4 Xe F F F F                            

90. Xenon Tetrafluoride XeF 4 Xe F F F F                             6 regions electron-pair shape octahedral

91. Xenon Tetrafluoride XeF 4 Xe F F F F                             6 regions electron-pair shape octahedral Xe F F F F                            

92. Xenon Tetrafluoride XeF 4 Xe F F F F                             6 regions electron-pair shape octahedral Xe F F F F                           

93. Xenon Tetrafluoride XeF 4 Xe F F F F                             6 regions electron-pair shape octahedral Xe F F F F                            Xe F F F F                         molecular shape square planar

94. Tribromide Ion Br 3 – Br 3 –

95. Tribromide Ion Br 3 – Br 3 – Br                   Br Br

96. Tribromide Ion Br 3 – Br 3 – Br                   Br Br 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal

97. Tribromide Ion Br 3 – Br 3 – Br                   Br Br 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal              Br Br      Br

98. Tribromide Ion Br 3 – Br 3 – Br                   Br Br 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal              Br Br      Br

99. Tribromide Ion Br 3 – Br 3 – Br                   Br Br 5 regions electron-pair shape trigonal bipyramidal              Br Br      Br molecular shape linear             Br Br Br

100. Polarity of Molecules molecules in which dipole moments of the bonds do not cancel are polar moleculesmolecules in which dipole moments of the bonds do not cancel are polar molecules molecules that do not contain polar bonds or in which all dipole moments cancel are non-polar moleculesmolecules that do not contain polar bonds or in which all dipole moments cancel are non-polar molecules

101. CO 2 vs H 2 O C O O O H H

102. C O O O H H  +  –  +  –

103. CO 2 vs H 2 O C O O O H H  +  –  +  –

104. CO 2 vs H 2 O C O O O H H  +  –  +  – 0

105. CO 2 vs H 2 O C O O O H H  +  –  +  – 0

106. CO 2 vs H 2 O C O O O H H  +  –  +  – 0yx yx

107. CO 2 vs H 2 O C O O O H H  +  –  +  – yx y x

108. CO 2 vs H 2 O C O O O H H  +  –  +  – nonpolar polar

109. Study and Know 9.2 Polarity of Molecules

110. VSEPR Theory only explains molecular shapes says nothing about bonding in molecules Enter Valence Bond (VB) Theory atoms share electron pairs by allowing their atomic orbitals to overlap

111. + H H

112. + H H  bond

113. + H H 1s E H

114. + H H 1s E H H

115. + F F F2F2F2F2

116. + F F F2F2F2F2

117. 1s 2s 2p E F

118. 1s 2s 2p F E F

119. Methane CH 4 1s 2s 2p E C

120. Methane 1s 2s 2p E C H H

121. Methane 1s 2s 2p E C H H H+H+H+H+

122. Methane 1s 2s 2p E C H H H+H+H+H+ H–H–H–H–

123. Methane 1s 2s 2p E C H H H+H+H+H+ H–H–H–H– C H H H H 90° 90°

124. Methane C H H H H 109.5° Tetrahedral Geometry 4 Identical Bonds 4 Identical Bonds

125. Problem and Solution C must have 4 identical orbitals in valence shell for bonding solution: hybridization

126. Methane CH 4 1s 2s 2p E

127. Methane 1s 2s 2p E 1s 2s 2p E

128. Methane 1s 2s 2p E 1s 2s 2p E

129. Methane 1s 2s 2p E 1s 2s 2p E

130. Methane 1s 2s 2p E 1s E sp 3

131. – + + + 2p 2s

132. – + + + = 2p 2s an sp 3 hybrid orbital

133. 4 identical sp 3 hybrid orbitals

134. tetrahedral geometry

135. 4 identical sp 3 hybrid orbitals tetrahedral geometry

136. 4 identical sp 3 hybrid orbitals tetrahedral geometry

137. Methane CH 4 1s 2s 2p E 1s E sp 3 H H H H

138. Hybridization vs Shape (e – pair) sp linearsp linear sp 2 trigonal planarsp 2 trigonal planar sp 3 tetrahedralsp 3 tetrahedral sp 3 d trigonal bipyramidalsp 3 d trigonal bipyramidal sp 3 d 2 octahedralsp 3 d 2 octahedral

139. Predict the Hybridization of the Central Atom in tribromide ion in tribromide ion

140. Predict the Hybridization of the Central Atom in tribromide ion in tribromide ion Br 3 –

141. Predict the Hybridization of the Central Atom in tribromide ion in tribromide ion Br 3 – Br                   Br Br 5 regions electron-pair shape trigonal bypyramidal

142. Predict the Hybridization of the Central Atom in tribromide ion in tribromide ion Br 3 – Br                   Br Br 5 regions electron-pair shape trigonal bypyramidal sp 3 d

143. Predict the Hybridization of the Central Atom in carbon dioxide in carbon dioxide CO 2

144. Predict the Hybridization of the Central Atom in carbon dioxide in carbon dioxide CO 2         O C O 2 regions Electron-pair shape, linear

145. Predict the Hybridization of the Central Atom in carbon dioxide in carbon dioxide CO 2         O C O 2 regions Electron-pair shape, linear sp

146. Predict the Hybridization of the Central Atom in aluminum bromide in aluminum bromide

147. Predict the Hybridization of the Central Atom in aluminum bromide in aluminum bromide Al Br Br Br                 3 regions Electron-pair shape trigonal planar  

148. Predict the Hybridization of the Central Atom in aluminum bromide in aluminum bromide Al Br Br Br                 3 regions Electron-pair shape trigonal planar   sp 2

149. Predict the Hybridization of the Central Atom in xenon tetrafluoride in xenon tetrafluoride

150. Predict the Hybridization of the Central Atom in xenon tetrafluoride in xenon tetrafluoride Xe F F F F                             6 regions electron-pair shape octahedral

151. Predict the Hybridization of the Central Atom in xenon tetrafluoride in xenon tetrafluoride Xe F F F F                             6 regions electron-pair shape octahedral sp 3 d 2

152. Consider Ethylene, C 2 H 4

153. C C H H H H

154. C C H H H H 3 regions trigonal planar

155. Consider Ethylene, C 2 H 4 C C H H H H 3 regions trigonal planar sp 2

156. Consider Ethylene, C 2 H 4 C C H H H H 3 regions trigonal planar sp 2

157. 1s 2s 2p E

158. 1s 2s 2p E 1s 2s 2p E

159. 1s 2s 2p E 1s 2p E

160. 2p

161. 2p

164.  bond framework

167.  bond

169. Consider Acetylene, C 2 H 2 C C H H

170. C C H H 2 regions linear

171. Consider Acetylene, C 2 H 2 C C H H 2 regions linear sp

172. Consider Acetylene, C 2 H 2 C C H H 2 regions linear sp

173. 1s 2s 2p E 1s 2s 2p E

174. 1s 2s 2p E 1s sp 2p E

175. sp sp 2p 2p

177.  bond framework

179.  bonds

181. Generally single bond is a  bondsingle bond is a  bond double bond consists of 1  and 1  bonddouble bond consists of 1  and 1  bond triple bond consists of 1  and 2  bondstriple bond consists of 1  and 2  bonds

182. Molecular Orbital (MO) Theory when atoms combine to form molecules, atomic orbitals overlap and are then combined to form molecular orbitals orbitals are conserved a molecular orbital is an orbital associated with more than 1 nucleus like any other orbital, an MO can hold 2 electrons consider hydrogen atoms bonding to form H 2

183. + H H

184. add subtract

185. add subtract bonding antibonding

186. add subtract bonding antibonding  * 1s  1s

187. 1s 1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E

188. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E

189. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E

190. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E

191. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E (  1s ) 2

192. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E (  1s ) 2 total spin = 0

193. Diamagnetic: slightly repelled by a magnetic fieldDiamagnetic: slightly repelled by a magnetic field total spin = 0 paramagnetic: attracted to a magnetic fielsparamagnetic: attracted to a magnetic fiels total spin not 0 Bond Order = 1/2 (bonding e – – antibonding e – )Bond Order = 1/2 (bonding e – – antibonding e – )

194. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E (  1s ) 2 total spin = 0 diamagnetic

195. 1s 1s  1s  * 1s H H H2H2H2H2 E E BO = 1/2 ( 2 – 0) = 1

196. Consider He 2

197. 1s 1s  1s  * 1s He He He 2 E E

198. 1s 1s  1s  * 1s He He He 2 E E

199. 1s 1s  1s  * 1s He He He 2 E E (  1s ) 2 (  * 1s ) 2

200. 1s 1s  1s  * 1s He He He 2 E E diamagnetic

201. 1s 1s  1s  * 1s He He He 2 E E BO = 1/2 ( 2 – 2 ) = 0

202. Combination of p Atomic Orbitals

203. 2p 2p

204. subtract add

205. bonding MO antibonding MO subtract add

206. bonding MO antibonding MO  * 2p  2p subtract add

207. 2p 2p

208. subtract add

209. antibonding MO bonding MO subtract add

210.  2p  * 2p subtract add

211.  2p  * 2p subtract add

212. Consider Li 2

213. 2s 2s  2s  * 2s Li Li Li 2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

214. 2s 2s  2s  * 2s Li Li Li 2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

215. 2s 2s  2s  * 2s Be Be Be 2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

216. 2s 2s  2s  * 2s Be Be Be 2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

217. 2s 2s  2s  * 2s B B B2B2B2B2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

218. 2s 2s  2s  * 2s B B B2B2B2B2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

219. 2s 2s  2s  * 2s C C C2C2C2C2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

220. 2s 2s  2s  * 2s N N N2N2N2N2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

221. 2s 2s  2s  * 2s O O O2O2O2O2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

222. 2s 2s  2s  * 2s F F F2F2F2F2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p

223. 2s 2s  2s  * 2s Ne Ne Ne 2 E E 2p  2p  * 2p 2p  2p  * 2p