Introduktionskemi

Posted on by admin

læringsmål

ved udgangen af dette afsnit vil du være i stand til at:

  • skriv symboler for neutrale atomer og ioner
  • tegn strukturer, der viser bindingen i enkle molekyler

vi har diskuteret de forskellige typer bindinger, der dannes mellem atomer og/eller ioner. I alle tilfælde involverer disse bindinger deling eller overførsel af valensskalelektroner mellem atomer. I dette afsnit vil vi undersøge den typiske metode til afbildning af valensskalelektroner og kemiske bindinger, nemlig uvis-symboler og uvis-strukturer.

vi bruger symboler til at beskrive valenselektronkonfigurationer af atomer og monatomiske ioner. Et symbol består af et elementært symbol omgivet af en prik for hver af dens valenselektroner:

der vises en naturlig struktur af calcium. Et ensomt par elektroner vises til højre for symbolet.

Figur 1 viser symbolerne for elementerne i den tredje periode i det periodiske system.

der vises en tabel med tre kolonner og ni rækker. Overskriftsrækken lyder

Figur 1. Symboler, der illustrerer antallet af valenselektroner for hvert element i den tredje periode af det periodiske system.

Levis-symboler kan også bruges til at illustrere dannelsen af kationer fra atomer, som vist her for natrium og calcium:

to diagrammer er vist. Det venstre diagram viser en naturlig prikstruktur af natrium med en prik, derefter en højre vendt pil, der fører til et natriumsymbol med et hævet plustegn, et plustegn og bogstavet

ligeledes kan de bruges til at vise dannelsen af anioner fra atomer, som vist nedenfor for klor og svovl:

to diagrammer er vist. Det venstre diagram viser en Lyvis prikkestruktur af klor med syv prikker, og bogstavet

figur 2 viser brugen af Lyvissymboler til at vise overførslen af elektroner under dannelsen af ioniske forbindelser.

en tabel vises med fire rækker. Overskriftsrækken lyder

figur 2. Kationer dannes, når atomer mister elektroner, repræsenteret af færre uvisse prikker, mens anioner dannes af atomer, der får elektroner. Det samlede antal elektroner ændres ikke.

Luvisstrukturer

vi bruger også Luvissymboler til at indikere dannelsen af kovalente bindinger, som er vist i Luvisstrukturer, tegninger, der beskriver bindingen i molekyler og polyatomiske ioner. For eksempel, når to kloratomer danner et klormolekyle, deler de et par elektroner:

et diagram viser en reaktion. To klorsymboler, der hver er omgivet af syv prikker, adskilles af et plustegn. Prikkerne på det første atom er alle sorte, og prikkerne på det andet atom læses alle. Udtrykket,

hvert Cl-atom har tre par elektroner, der ikke bruges til binding (kaldet ensomme par) og et delt par elektroner (skrevet mellem atomerne). En bindestreg (eller linje) bruges undertiden til at indikere et delt par elektroner:

der er vist to forskellige strukturer. Den venstre struktur viser to H-atomer forbundet med en enkelt binding. Den højre struktur viser to C L atomer forbundet med en enkelt binding og hver omgivet af seks prikker.

et enkelt delt par elektroner kaldes en enkelt binding. Hvert Cl-atom interagerer med otte valenselektroner: de seks i de ensomme par og de to i enkeltbindingen.

Oktetreglen

de andre halogenmolekyler (F2, Br2, I2 og At2) danner bindinger som dem i klormolekylet: en enkelt binding mellem atomer og tre ensomme par elektroner pr.atom. Dette gør det muligt for hvert halogenatom at have en ædelgaselektronkonfiguration. Tendensen af hovedgruppeatomer til at danne nok bindinger til at opnå otte valenselektroner er kendt som oktetreglen.

antallet af bindinger, som et atom kan danne, kan ofte forudsiges ud fra antallet af elektroner, der er nødvendige for at nå en oktet (otte valenselektroner); dette gælder især ikke-metaller i den anden periode i det periodiske system (C, N, O og F). For eksempel har hvert atom i et gruppe 14-element fire elektroner i sin yderste skal og kræver derfor yderligere fire elektroner for at nå en oktet. Disse fire elektroner kan opnås ved at danne fire kovalente bindinger, som illustreret her for kulstof i CCl4 (carbontetrachlorid) og silicium i SiH4 (silan). Fordi brint kun har brug for to elektroner for at udfylde sin valensskal, er det en undtagelse fra oktetreglen. Overgangselementerne og de indre overgangselementer følger heller ikke oktetreglen:

der vises to sæt uvisse prikkestrukturer. De venstre strukturer skildrer fem C L-symboler i en krydsform med otte prikker rundt om hver, ordet

Gruppe 15 elementer såsom nitrogen har fem valenselektroner i det atomare symbol: et ensomt par og tre uparrede elektroner. For at opnå en oktet danner disse atomer tre kovalente bindinger, som i NH3 (ammoniak). Ilt og andre atomer i gruppe 16 opnår en oktet ved at danne to kovalente bindinger:

tre strukturer mærket,

dobbelt og tredobbelt bindinger

som tidligere nævnt, når et par atomer deler et par elektroner, kalder vi dette en enkelt binding. Imidlertid kan et par atomer muligvis dele mere end et par elektroner for at opnå den nødvendige oktet. En dobbeltbinding dannes, når to par elektroner deles mellem et par atomer, som mellem kulstof-og iltatomerne i CH2O (formaldehyd) og mellem de to carbonatomer i C2H4 (ethylen):to par uvis strukturer vises. Det venstre par strukturer viser et carbonatom, der danner enkeltbindinger til to hydrogenatomer. Der er fire elektroner mellem C-atomet og et O-atom. O-atomet har også to par prikker. Ordet

en tredobbelt binding dannes, når tre elektronpar deles af et par atomer, som i nitrogengas (N2):

ved at skrive uparrede strukturer med Oktetreglen

For meget enkle molekyler og molekylære ioner kan vi skrive uparrede strukturer ved blot at parre de uparrede elektroner på de bestanddele. Se disse eksempler:

tre reaktioner vises med Prikdiagrammer. Den første viser et brint med en rød prik, et plustegn og en brom med syv prikker, hvoraf den ene er rød, forbundet med en højre pil til et brint og brom med et par røde prikker imellem. Der er også tre ensomme par på brom. Den anden reaktion viser et hydrogen med en koefficient på to og en rød prik, et plustegn og et svovlatom med seks prikker, hvoraf to er røde, forbundet med en højre vendt pil til to hydrogenatomer og et svovlatom. Der er to røde prikker mellem de to hydrogenatomer og svovlatomet. Begge par af disse prikker er røde. Svovlatomet har også to ensomme par prikker. Den tredje reaktion viser to nitrogenatomer hver med fem prikker, hvoraf tre er røde, adskilt af et plustegn og forbundet med en højre pil til to nitrogenatomer med seks røde elektronprikker imellem hinanden. Hvert nitrogenatom har også et enkelt par elektroner.

for mere komplicerede molekyler og molekylære ioner er det nyttigt at følge den trinvise procedure, der er beskrevet her:

  1. bestem det samlede antal Valens (ydre skal) elektroner.
  2. Tegn en skeletstruktur af molekylet, der arrangerer atomerne omkring et centralt atom. (Generelt skal det mindst elektronegative element placeres i midten.) Forbind hvert atom til det centrale atom med en enkelt binding (et elektronpar).
  3. fordel de resterende elektroner som ensomme par på terminalatomerne (undtagen brint) og fuldfør en oktet omkring hvert atom.
  4. Placer alle resterende elektroner på det centrale atom.
  5. Omarranger elektronerne i de ydre atomer for at gøre flere bindinger med det centrale atom for at opnå oktetter, hvor det er muligt.

lad os bestemme strukturen af PBr3 ved hjælp af ovenstående trin:

  • Trin 1: Bestem det samlede antal Valens (ydre skal) elektroner.

\large \ begin{array}{l} \ \ \ phantom {\rule{0,8 em}{0eks}}{\tekst{PBr}}_{3}\\ \phantom{\rule{0,8 em}{0eks}}\tekst{P: 5 valenselektroner/atom}\gange \tekst{1 atom}=5\\ \understregning{+\tekst{Br: 7 valenselektron/atom}\gange \tekst{3 atomer}=21}\\ \\ \phantom{\rule{15.95em}{0eks}}= \ tekst{26 valenselektroner} \ end{array}

  • Trin 2: Tegn en skeletstruktur af molekylet, arrangere atomerne omkring et centralt atom. (Generelt skal det mindst elektronegative element placeres i midten.) Forbind hvert atom til det centrale atom med en enkelt binding (et elektronpar).
Pbr3 er vist. Den ene fosfor enkelt udbenet til tre brom atomer.
  • Trin 3: fordel de resterende elektroner som ensomme par på terminalatomerne (undtagen brint) og fuldfør en oktet omkring hvert atom.
  • Levis doagram af PBr3. Et enkelt fosforatom bundet til tre bromatomer. Hvert bromatom har tre ensomme par.Trin 4: Placer alle resterende elektroner på det centrale atom.
struktur for PBr3 er vist. Alle atomer har oktetter. Phorsphorus er enkeltvis bundet til tre brom ' s. the phorphorus atom har en enlig par, mens hver brom har tre ensomme par.

Bemærk: Trin 5: er ikke nødvendig, da alle atomer har en oktet.

lad os bestemme strukturen af CH2O.

  • Trin 1: Bestem det samlede antal Valens (ydre skal) elektroner.

\large \begin{array}{l}\\ \phantom{\rule{0.8 em}{0eks}}{\tekst{H}_{2}}\tekst{CO}\\ \phantom{\rule{0.8 em}{0eks}}\tekst{H: 1 valenselektron/atom}\gange \tekst{2 atom}=2\\\Tekst{C: 4 valenselektroner/atom}\gange \tekst{1 atom}=4\\ \understregning{+\tekst{o: 6 valenselektroner/atom}\gange \tekst{1 atomer}=6}\\ \\ \fantom{\regel{15.95 em}{0eks}}=\tekst{12 valenselektroner}\ende{array}

  • Trin 2: Tegn en skeletstruktur af molekylet, arrangere atomerne omkring et centralt atom. (Generelt skal det mindst elektronegative element placeres i midten.) Forbind hvert atom til det centrale atom med en enkelt binding (et elektronpar).
det viste diagram. Det centrale atom er kulstof, bundet til et ilt og to hydrogener.
  • Trin 3: fordel de resterende elektroner som ensomme par på terminalatomerne (undtagen brint) og fuldfør en oktet omkring hvert atom.
  • Trin 4: ikke nødvendigt, da alle elektroner er placeret. Kulstof har dog ikke en oktet,
  • Trin 5: Omarranger elektronerne i de ydre atomer for at skabe flere bindinger med det centrale atom for at opnå oktetter, hvor det er muligt.

eksempel 1: skrivning af strukturer

NASAs Cassini-Huygens-mission opdagede en stor sky af giftigt hydrogencyanid (HCN) på Titan, en af Saturns måner. Hvad er disse molekylers struktur?

Vis Trin 1

Trin 1: Beregn antallet af valenselektroner.
HCN: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

Vis Trin 2

Trin 2. Tegn et skelet og forbind atomerne med enkeltbindinger. Husk at H aldrig er et centralt atom:

Vis Trin 3

Trin 3: fordel om nødvendigt elektroner til terminalatomerne:

HCN: seks elektroner placeret på N

Vis Trin 4

Trin 4: Placer om nødvendigt resterende elektroner på det centrale atom:

HCN: ingen elektroner forbliver

Vis Trin 5

Trin 5: Omarranger om nødvendigt elektroner for at danne flere bindinger for at opnå en oktet på hvert atom:
HCN: form yderligere to C – N-bindinger

Tjek din læring

kulsyre, CO2, er et produkt af forbrænding af fossile brændstoffer. CO2 har været involveret i globale klimaændringer. Hvad er Co2 ‘ s struktur?

Vis svar

nøglebegreber og Resume

Valens elektroniske strukturer kan visualiseres ved at tegne Luvissymboler (for atomer og monatomiske ioner) og Luvisstrukturer (for molekyler og polyatomiske ioner). Enlige par, uparrede elektroner og enkelt -, dobbelt-eller tredobbeltbindinger bruges til at indikere, hvor valenselektronerne er placeret omkring hvert atom i en naturlig struktur. De fleste strukturer—især dem, der indeholder elementer i anden række—adlyder oktetreglen, hvor hvert atom (undtagen H) er omgivet af otte elektroner. Undtagelser fra oktetreglen forekommer for ulige elektronmolekyler (frie radikaler), elektronmangel molekyler og hypervalente molekyler.

øvelser

  1. skriv symbolerne for hver af de følgende ioner:
    1. As3 –
    2. i–
    3. Be2 +
    4. O2–
    5. Ga3 +
    6. Li +
    7. N3–
  2. mange monatomiske ioner findes i havvand, herunder ionerne dannet ud fra følgende liste over elementer. Skriv symbolerne for de monatomiske ioner dannet af følgende elementer:
    1. Cl
    2. Na
    3. Mg
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. skriv ionerne for ionerne i hver af de følgende ioniske forbindelser og ionerne for atomet, hvorfra de dannes:
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. GaCl3
    4. K2O
    5. Li3N
    6. KF
  4. i de nedenfor anførte strukturer repræsenterer M og H forskellige elementer i den tredje periode af det periodiske system. Skriv formlen for hver forbindelse ved hjælp af de kemiske symboler for hvert element:
    1. to strukturer vises side om side, hver omgivet af parenteser. Den venstre struktur viser symbolet M med et hævet to positive tegn. Højre viser symbolet h omgivet af fire ensomme par elektroner med et hævet to negativt tegn uden for parenteserne.
    2. to strukturer vises side om side, hver omgivet af parenteser. Den venstre struktur viser symbolet M med et hævet tre positive tegn. Den rigtige struktur viser symbolet h omgivet af fire ensomme par elektroner med et hævet negativt tegn og et sænket tre begge uden for parenteserne.
    3. to strukturer vises side om side, hver omgivet af parenteser. Den venstre struktur viser symbolet M med et hævet positivt tegn og et sænket to uden for parenteserne. Den rigtige struktur viser symbolet h omgivet af fire ensomme par elektroner med et hævet to negativt tegn uden for parenteserne.
    4. to strukturer vises side om side, hver omgivet af parenteser. Den venstre struktur viser symbolet M med et hævet tre positivt tegn og et sænket to uden for parenteserne. Den rigtige struktur viser symbolet h omgivet af fire ensomme par elektroner med et hævet to negativt tegn og sænket tre begge uden for parenteserne.
  5. skriv strukturen for det diatomiske molekyle P2, en ustabil form for fosfor, der findes i fosfordamp ved høj temperatur.
  6. skriv strukturer for følgende:
    1. H2
    2. HBr
    3. PCl3
  7. skriv strukturer for følgende:
    1. O2
    2. H2CO
    3. AsF3
    4. SiCl4
udvalgte svar

1.

  1. otte elektroner:
    et punktdiagram viser symbolet for arsen, A S, omgivet af otte prikker og et hævet tre negativt tegn.
  2. otte elektroner:
    et diagram viser symbolet for jod, jeg, omgivet af otte prikker og et hævet negativt tegn.
  3. ingen elektroner Be2+
  4. otte elektroner:
    et skævt prikdiagram viser symbolet for ilt, o, omgivet af otte prikker og et hævet to negativt tegn.
  5. ingen elektroner Ga3+
  6. ingen elektroner Li+
  7. otte elektroner:
    et punktdiagram viser symbolet for nitrogen, N, omgivet af otte prikker og et hævet tre negativt tegn.

3. Symbolerne er som følger:

  1. der er vist to forskellige strukturer. Venstre viser symbolet M g med et hævet to positivt tegn, mens højre viser symbolet S omgivet af otte prikker og et hævet to negativt tegn.
  2. der er vist to forskellige strukturer. Venstre viser symbolet A l med et hævet tre positivt tegn, mens højre viser symbolet O omgivet af otte prikker og et hævet to negativt tegn.
  3. der er vist to forskellige strukturer. Venstre viser symbolet G A med et hævet tre positivt tegn, mens højre viser symbolet C l omgivet af otte prikker og et hævet negativt tegn.
  4. der er vist to forskellige strukturer. Venstre viser symbolet K med et hævet positivt tegn, mens højre viser symbolet O omgivet af otte prikker og et hævet to negativt tegn.
  5. der er vist to forskellige strukturer. Venstre viser symbolet L I med et hævet positivt tegn, mens højre viser symbolet N omgivet af otte prikker og et hævet tre negativt tegn.
  6. der er vist to forskellige strukturer. Venstre viser symbolet K med et hævet positivt tegn, mens højre viser symbolet F omgivet af otte prikker og et hævet negativt tegn.

et diagram viser to fosforatomer tredobbelt bundet sammen hver med et enkelt elektronpar.

7. Strukturerne er som følger:

  1. O2:
    en struktur viser to iltatomer dobbelt bundet sammen, og hver har to ensomme par elektroner.
    i dette tilfælde er strukturen utilstrækkelig til at skildre det faktum, at eksperimentelle undersøgelser har vist to uparrede elektroner i hvert iltmolekyle.
  2. H2CO:
    en struktur viser et carbonatom, der er enkeltbundet til to hydrogenatomer og dobbeltbundet til et iltatom. Iltatomet har to ensomme par elektroner.
  3. AsF3:
    en struktur viser et arsenatom, der er enkelt bundet til tre fluoratomer. Hvert fluoratom har et ensomt par elektroner.
  4. SiCl4:
    en uvis struktur viser et siliciumatom, der er enkeltbundet til fire kloratomer. Hvert kloratom har tre ensomme par elektroner.
    to strukturer er vist. Venstre viser et carbonatom, der er enkelt bundet til fire kloratomer, hver med tre ensomme par elektroner. Højre viser et carbonatom dobbelt bundet til et iltatom, der har to ensomme par elektroner. Carbonatomet er også enkeltbundet til to chloratomer, som hver har tre ensomme par elektroner.

ordliste

dobbeltbinding: kovalent binding, hvor to par elektroner deles mellem to atomer

frie radikaler: molekyle, der indeholder et ulige antal elektroner

hypervalent molekyle: molekyle indeholdende mindst et hovedgruppeelement, der har mere end otte elektroner i sin valensskal

: symbol for et element eller monatomisk ion, der bruger en prik til at repræsentere hver valenselektron i elementet eller ion

lone pair: to (et par) valenselektroner, der ikke bruges til at danne en kovalent binding

oktetregel: retningslinje, der angiver hovedgruppeatomer, vil danne strukturer, hvor otte valenselektroner interagerer med hver kerne, idet de tæller bindingselektroner som interagerende med begge atomer forbundet med bindingen

enkeltbinding: binding, hvor der er en enkelt par elektroner deles mellem to atomer

triple bond: binding, hvor tre par elektroner deles mellem to atomer

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.