Question

Почему молекула аммиака имеет форму пирамиды?

Ведь по идее одноимённые заряды должны отталкиваться, а значит идеальная форма для молекулы аммиака (NH3) это плоский треугольник.

Та же ситуация и с водой(почему она выглядит не как ровная палка, а как согнутая?).

Ну и так далее.

Answer 1

Согласно модели валентных связей (ВС), которая принята большинством химикови преподаётся в наших школах, включая и понятие о гибридизации орбиталей, отталкиваются друг от друга не ядра атомов водорода, а непосредственно гибридизованные электронные облака. Представьте себе (пусть даже если такого реально не бывает) ион N(3-), т.е. к нейтральному атому азота добавлено 3 электрона. Тогда получившиеся 8 электронов (5 своих и 3 добавленных) образуют 4 sp3-гибридизованные орбитали. Поскольку они совершенно идентичны, то оси их направлены к вершинам правильного тетраэдра, образуя между собой углы 108°28' (~108,5°). Теперь на три орбитали "посадим" по протону (Н+). Поскольку электронное облако связи N-H чуть отличается от такового свободной, неподелённой электронной пары (НЭП), то отталкивание между электронными облаками связей будет чуть меньше, чем отталкивание между облаками связи и НЭП, поэтому угол между связями N-H уменьшается до 107,8°.

Совершенно аналогично, для молекулы воды. К атому кислорода добавим 2 электрона, "получим" ион О(2-), с совершенно симметричным (под углом 109,5°) расположением осей всех четырёх sp3-гибридизованных орбиталей. Теперь добавим на две орбитали по протону. Получится молекула воды, а угол между осями связей О-Н по вышеизложенным причинам уменьшится до 104,45°.

Если подходить с позиций модели МО-ЛКАО, то трактовка будет несколько иная (не хотелось бы вдаваться в детали), но результат тот же. Т.е плоская молекула NH3 и линейная молекула Н2О не получаются.