Innledende Kjemi

Posted on by admin

Læringsmål

ved slutten av denne delen vil du kunne:

  • Skriv Lewis symboler for nøytrale atomer og ioner
  • Tegn Lewis strukturer som viser bindingen i enkle molekyler

vi har diskutert de ulike typer bindinger som dannes mellom atomer og / eller ioner. I alle tilfeller involverer disse bindingene deling eller overføring av valensskall elektroner mellom atomer. I denne delen vil vi utforske den typiske metoden for å skildre valensskallelektroner og kjemiske bindinger, Nemlig Lewis-symboler og Lewis-strukturer.

Lewis Symboler

Vi bruker Lewis symboler for å beskrive valenselektronkonfigurasjoner av atomer og monatomiske ioner. Et Lewis-symbol består av et elementært symbol omgitt av en prikk for hver av sine valenselektroner:

En Lewis-struktur av kalsium er vist. Et enkelt par elektroner vises til høyre for symbolet.

Figur 1 viser Lewis-symbolene for elementene i den tredje perioden i det periodiske bordet.

en tabell vises som har tre kolonner og ni rader. Overskriftsraden leser

Figur 1. Lewis symboler illustrerer antall valenselektroner for hvert element i den tredje perioden av det periodiske bordet.

Lewis symboler kan også brukes til å illustrere dannelsen av kationer fra atomer, som vist her for natrium og kalsium:

To diagrammer er vist. Det venstre diagrammet viser En Lewis dot-struktur av natrium med en prikk, deretter en høyre-vendt pil som fører til et natriumsymbol med et overordnet plusstegn, et plusstegn og bokstaven

på Samme måte kan de brukes til å vise dannelsen av anioner fra atomer, som vist nedenfor for klor og svovel:

To diagrammer er vist. Venstre diagrammet viser En Lewis dot struktur av klor med syv prikker og bokstaven

Figur 2 viser Bruk Av Lewis symboler for å vise overføring av elektroner under dannelsen av ioniske forbindelser.

en tabell vises med fire rader. Overskriftsraden leser

Figur 2. Kationer dannes når atomer mister elektroner, representert ved færre Lewis prikker, mens anioner dannes av atomer som får elektroner. Det totale antall elektroner endres ikke.

Lewis Strukturer

Vi bruker Også Lewis symboler for å indikere dannelsen av kovalente bindinger, som er vist I Lewis strukturer, tegninger som beskriver bindingen i molekyler og polyatomiske ioner. For eksempel, når to kloratomer danner et klormolekyl, deler de ett par elektroner:

Et Lewis-punktdiagram viser en reaksjon. To klor symboler, hver omgitt av syv prikker er adskilt av et plustegn. Prikkene på det første atomet er alle svarte og prikkene på det andre atom er alle lest. Uttrykket,

Lewis-strukturen indikerer at Hvert Cl-atom har tre par elektroner som ikke brukes i binding (kalt ensomme par) og ett felles par elektroner (skrevet mellom atomene). En dash (eller linje) brukes noen ganger til å indikere et delt par elektroner:

To Lewis strukturer er vist. Den venstre strukturen viser to h-atomer forbundet med en enkeltbinding. Den høyre strukturen viser to C l-atomer forbundet med en enkeltbinding og hver omgitt av seks prikker.

et enkelt delt par elektroner kalles en enkeltbinding. Hvert Cl-atom interagerer med åtte valenselektroner: de seks i de ensomme parene og de to i enkeltbindingen.

Oktettregelen

de andre halogenmolekylene (F2, Br2, I2 og At2) danner bindinger som de i klormolekylet: en enkeltbinding mellom atomer og tre ensomme par elektroner per atom. Dette gjør at hvert halogenatom kan ha en edelgasselektronkonfigurasjon. Tendensen til hovedgruppeatomer til å danne nok bindinger til å oppnå åtte valenselektroner er kjent som oktettregelen.

antall bindinger som et atom kan danne kan ofte forutsies fra antall elektroner som trengs for å nå en oktett (åtte valenselektroner); dette gjelder spesielt for ikke-metaller i den andre perioden av det periodiske bordet (C, N, O og F). For eksempel har hvert atom i et gruppe 14-element fire elektroner i sitt ytterste skall og krever derfor fire flere elektroner for å nå en oktett. Disse fire elektronene kan oppnås ved å danne fire kovalente bindinger, som illustrert her for karbon I CCl4 (karbontetraklorid) og silisium I SiH4 (silan). Fordi hydrogen bare trenger to elektroner for å fylle valensskallet, er det et unntak fra oktettregelen. Overgangselementene og de indre overgangselementene følger heller ikke oktettregelen:

To Sett Med Lewis dot strukturer er vist. De venstre strukturer skildre fem C l symboler i et kors form med åtte prikker rundt hver, ordet

Gruppe 15 elementer som nitrogen har fem valenselektroner i atom Lewis symbol: en ensom par og tre uparede elektroner. For å oppnå en oktett danner disse atomene tre kovalente bindinger, som I NH3 (ammoniakk). Oksygen og andre atomer i gruppe 16 får en oktett ved å danne to kovalente bindinger:

Tre Lewis strukturer merket,

Dobbelt-Og Trippelbindinger

som tidligere nevnt, når et par atomer deler ett par elektroner, kaller vi dette en enkeltbinding. Et par atomer kan imidlertid trenge å dele mer enn ett par elektroner for å oppnå den nødvendige oktetten. En dobbeltbinding dannes når to par elektroner deles mellom et par atomer, som mellom karbon-og oksygenatomer I CH2O (formaldehyd) og mellom de to karbonatomer I C2H4 (etylen):To par Lewis-strukturer vises. Det venstre par strukturer viser et karbonatom som danner enkeltbindinger til to hydrogenatomer. Det er fire elektroner mellom Et C-atom og Et o-atom. O-atomet har også to par prikker. Ordet

en trippelbinding dannes når tre elektronpar deles av et par atomer, som i nitrogengass (N2):

Skrive Lewis Strukturer Med Oktettregelen

for svært enkle molekyler og molekylære ioner, kan Vi skrive Lewis strukturer ved bare å parre Opp de uparede elektronene på de bestandige atomer. Se disse eksemplene:

Tre reaksjoner er vist Med Lewis punktdiagrammer. Den første viser et hydrogen med en rød prikk, et plustegn og en brom med syv prikker, hvorav den ene er rød, forbundet med en høyrevendt pil til et hydrogen og brom med et par røde prikker i mellom dem. Det er også tre ensomme par på brom. Den andre reaksjonen viser et hydrogen med en koeffisient på to og en rød prikk, et plustegn og et svovelatom med seks prikker, hvorav to er røde, forbundet med en høyre vendt pil til to hydrogenatomer og ett svovelatom. Det er to røde prikker mellom de to hydrogenatomene og svovelatomet. Begge par av disse prikkene er røde. Svovelatomet har også to ensomme par prikker. Den tredje reaksjonen viser to nitrogenatomer hver med fem prikker, hvorav tre er røde, adskilt av et plustegn, og forbundet med en høyrevendt pil til to nitrogenatomer med seks røde elektronpunkter mellom hverandre. Hvert nitrogenatom har også ett enkelt par elektroner.

for mer kompliserte molekyler og molekylære ioner er det nyttig å følge den trinnvise prosedyren som er skissert her:

  1. Bestem totalt antall valens (ytre skall) elektroner.
  2. Tegn en skjelettstruktur av molekylet, ordne atomene rundt et sentralt atom. (Generelt bør det minste elektronegative elementet plasseres i midten.) Koble hvert atom til det sentrale atom med en enkeltbinding (ett elektronpar).
  3. Fordel de gjenværende elektronene som lone par på terminalatomene (unntatt hydrogen), og fullfør en oktett rundt hvert atom.
  4. Plasser alle gjenværende elektroner på det sentrale atom.
  5. Omorganiser elektronene til de ytre atomene for å lage flere bindinger med det sentrale atom for å oppnå oktetter der det er mulig.

la Oss bestemme Lewis-strukturen Til PBr3 ved hjelp av trinnene ovenfor:

  • Trinn 1: Bestem totalt antall valens (ytre skall) elektroner.

\stor \ begin{array}{l}\ \ phantom {\rule {0.8 em}{0ex}} {\text{PBr}}_{3} \ \ phantom {\rule{0.8 em}{0ex}} \ text{P: 5 valenselektroner / atom} \ times \ text{1 atom}=5\ \ understrek {+\text{Br: 7 valenselektron / atom} \ times \ text{3 atomer} = 21}\\ \ \ phantom {\rule{15.95em}{0ex}}= \ tekst{26 valenselektroner} \ end{array}

  • Trinn 2: Tegn en skjelettstruktur av molekylet, ordne atomene rundt et sentralt atom. (Generelt bør det minste elektronegative elementet plasseres i midten.) Koble hvert atom til det sentrale atom med en enkeltbinding (ett elektronpar).
Lewis diagram Av PBr3 er vist. Den ene fosfor enkelt boned til tre brom atomer.
  • Trinn 3: Fordel de resterende elektronene som ensomme par på terminalatomer( unntatt hydrogen), og fullfør en oktett rundt hvert atom.
  • Lewis doagram av PBr3. Et enkelt atom av fosfor bundet til tre brom atomer. Hvert bromatom har tre ensomme par. Trinn 4: Plasser alle gjenværende elektroner på det sentrale atom.
Lewis struktur For PBr3 er vist. Alle atomer har oktetter. Phorphorus er enkelt bundet til tre brom. phorphorus atom har en ensom par, mens hver brom har tre ensomme par.

Merk: Trinn 5: er ikke nødvendig siden alle atomer har en oktett.

la Oss bestemme Lewis-strukturen TIL CH2O.

  • Trinn 1: Bestem totalt antall valens (ytre skall) elektroner.

\stor \begin{array}{l}\\ phantom {\rule{0.8 em}{0ex}} {\text{h}_{2}}\text{CO}\\ phantom {\rule{0.8 em}{0ex}} \text{h: 1 valenselektron/atom}\times\text{c: 4 valenselektroner/atom}\times \text{1 atom}=4\\understrek {+\text {o: 6 valenselektroner/atom}\times \text{1 atomer}=6}\\ \\phantom {\rule {15.95 em} {0ex}}=\text{12 valenselektroner}\ end{array}

  • Trinn 2: Tegn en skjelettstruktur av molekylet, ordne atomene rundt et sentralt atom. (Generelt bør det minste elektronegative elementet plasseres i midten.) Koble hvert atom til det sentrale atom med en enkeltbinding (ett elektronpar).
Lewis diagram vist. Sentralt atom er karbon, bundet til ett oksygen og to hydrogen.
  • Trinn 3: Fordel de resterende elektronene som ensomme par på terminalatomer( unntatt hydrogen), og fullfør en oktett rundt hvert atom.
  • Trinn 4: ikke nødvendig, siden alle elektroner er plassert. Karbon har imidlertid ikke en oktett,
  • Trinn 5: Omarrangere elektronene til de ytre atomer for å lage flere bindinger med det sentrale atom for å oppnå oktetter der det er mulig.

Eksempel 1: Skrive Lewis Structures

NASAS Cassini-Huygens-oppdrag oppdaget en stor sky av giftig hydrogencyanid (HCN) På Titan, En Av Saturns måner. Hva Er Lewis strukturer av disse molekylene?

Vis Trinn 1

Trinn 1: Beregn antall valenselektroner.
HCN: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

Vis Trinn 2

Trinn 2. Tegn et skjelett og koble atomene med enkeltbindinger. Husk At H aldri er et sentralt atom:

Vis Trinn 3

Trinn 3: der det er nødvendig, fordel elektroner til terminalatomene:

HCN: seks elektroner plassert På N

Vis Trinn 4

Trinn 4: hvor det er nødvendig, plasser gjenværende elektroner på det sentrale atom:

HCN: ingen elektroner forblir

Vis Trinn 5

Trinn 5: Om nødvendig, omorganiser elektroner for å danne flere bindinger for å oppnå en oktett på hvert atom:
HCN: form to Cn-bindinger

Sjekk Din Læring

Karbondioksid, CO2, er et produkt av forbrenning av fossilt brensel. CO2 har vært involvert i globale klimaendringer. Hva Er Lewis-strukturen AV CO2?

Vis Svar

Sentrale Begreper Og Sammendrag

Valens elektroniske strukturer kan visualiseres ved å tegne Lewis symboler (for atomer og monatomiske ioner) Og Lewis strukturer (for molekyler og polyatomiske ioner). Lone par, uparede elektroner og enkle, doble eller trippelbindinger brukes til å indikere hvor valenselektronene befinner seg rundt hvert atom i En Lewis-struktur. De fleste strukturer—spesielt de som inneholder andre radelementer—adlyder oktettregelen, der hvert atom (unntatt H) er omgitt av åtte elektroner. Unntak fra oktettregelen forekommer for odde-elektronmolekyler (frie radikaler), elektron-mangelfulle molekyler og hypervalente molekyler.

Øvelser

  1. Skriv Lewis-symbolene for hver av følgende ioner:
    1. As3–
    2. I –
    3. Be2 +
    4. O2–
    5. Ga3+
    6. Li+
    7. N3–
  2. mange monatomiske ioner finnes i sjøvann, inkludert ioner dannet fra følgende liste over elementer. Skriv Lewis-symbolene for de monatomiske ioner dannet av følgende elementer:
    1. Cl
    2. Na
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. Skriv Lewis symboler av ioner i hver av de følgende ioniske forbindelser Og Lewis symboler av atom som de er dannet:
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. GaCl3
    4. kf
  4. I Lewis strukturer oppført nedenfor, M og X representerer ulike elementer i den tredje perioden av det periodiske system. Skriv formelen for hver forbindelse ved hjelp av kjemiske symboler for hvert element:
    1. To Lewis strukturer er vist side ved side, hver omgitt av parentes. Den venstre strukturen viser symbolet M med et hevet to positivt tegn. Høyre viser symbolet X omgitt av fire ensomme par elektroner med et overordnet to negativt tegn utenfor parentesene.
    2. To Lewis strukturer er vist side ved side, hver omgitt av parentes. Den venstre strukturen viser symbolet M med et hevet tre positivt tegn. Den rette strukturen viser symbolet X omgitt av fire ensomme par elektroner med et overordnet negativt tegn og en abonnert tre begge utenfor parentesene.
    3. To Lewis strukturer er vist side ved side, hver omgitt av parentes. Den venstre strukturen viser symbolet M med et hevet positivt tegn og et tegnet to utenfor parentesene. Den rette strukturen viser symbolet X omgitt av fire ensomme par elektroner med et overordnet to negativt tegn utenfor parentesene.
    4. To Lewis strukturer er vist side ved side, hver omgitt av parentes. Den venstre strukturen viser symbolet M med et hevet tre positivt tegn og et tegnet to utenfor parentesene. Den rette strukturen viser symbolet X omgitt av fire ensomme par elektroner med et overordnet to negativt tegn og abonnert tre begge utenfor parentesene.
  5. Skriv Lewis-strukturen For det diatomiske molekylet P2, en ustabil form for fosfor som finnes i fosfordamp med høy temperatur.
  6. Skriv Lewis strukturer for følgende:
    1. H2
    2. HBr
    3. PCl3
  7. Skriv Lewis strukturer for følgende:
    1. O2
    2. H2CO
    3. AsF3
    4. SiCl4
Utvalgte Svar

1. Lewis-symbolet for hver ion er som følger:

  1. åtte elektroner:
    Et Lewis-punktdiagram viser symbolet for arsen, A s, omgitt av åtte prikker og et overordnet tre negativt tegn.
  2. åtte elektroner:
    Et Lewis-punktdiagram viser symbolet for jod, jeg, omgitt av åtte prikker og et overordnet negativt tegn.
  3. ingen elektroner Be2+
  4. åtte elektroner:
    Et Lewis-punktdiagram viser symbolet for oksygen, o, omgitt av åtte prikker og et overordnet to negativt tegn.
  5. ingen elektroner Ga3+
  6. ingen elektroner Li+
  7. åtte elektroner:
    Et Lewis-punktdiagram viser symbolet for nitrogen, N, omgitt av åtte prikker og et overordnet tre negativt tegn.

3. Lewis symbolene er som følger:

  1. To Lewis strukturer er vist. Venstre viser symbolet m g med et hevet to positivt tegn mens høyre viser symbolet s omgitt av åtte prikker og et hevet to negativt tegn.
  2. To Lewis strukturer er vist. Venstre viser symbolet a l med et overordnet tre positivt tegn mens høyre viser symbolet O omgitt av åtte prikker og et overordnet to negativt tegn.
  3. To Lewis strukturer er vist. Venstre viser symbolet G a med et overordnet tre positivt tegn mens høyre viser symbolet C l omgitt av åtte prikker og et overordnet negativt tegn.
  4. To Lewis strukturer er vist. Venstre viser symbolet K med et overordnet positivt tegn, mens høyre viser symbolet O omgitt av åtte prikker og et overordnet to negativt tegn.
  5. To Lewis strukturer er vist. Venstre viser symbolet l i med et superscripted positivt tegn mens høyre viser symbolet N omgitt av åtte prikker og et superscripted tre negativt tegn.
  6. To Lewis strukturer er vist. Venstre viser symbolet K med et overordnet positivt tegn, mens høyre viser symbolet F omgitt av åtte prikker og et overordnet negativt tegn.

Et Lewis-diagram viser to fosforatomer trippelbundet sammen hver med ett lone elektronpar.

7. Lewis strukturer er som følger:

  1. O2:
    En Lewis-struktur viser to oksygenatomer dobbeltbundet sammen, og hver har to ensomme par elektroner.
    I Dette tilfellet Er Lewis-strukturen utilstrekkelig til å skildre det faktum at eksperimentelle studier har vist to uparede elektroner i hvert oksygenmolekyl.
  2. H2CO:
    En Lewis-struktur viser et karbonatom som er enkeltbundet til to hydrogenatomer og dobbeltbundet til et oksygenatom. Oksygenatomet har to ensomme par elektroner.
  3. AsF3:
    En Lewis-struktur viser et arsenatom enkelt bundet til tre fluoratomer. Hvert fluoratom har et enkelt par elektroner.
  4. SiCl4:
    En Lewis-struktur viser et silisiumatom som er enkeltbundet til fire kloratomer. Hvert kloratom har tre ensomme par elektroner.
    To Lewis-strukturer vises. Venstre viser et karbonatom enkelt bundet til fire kloratomer, hver med tre ensomme par elektroner. Høyre viser et karbonatom dobbelt bundet til et oksygenatom som har to ensomme par elektroner. Karbonatomet er også enkeltbundet til to kloratomer, som hver har tre ensomme par elektroner.

Ordliste

dobbeltbinding: kovalent binding hvor to par elektroner deles mellom to atomer

friradikal: molekyl som inneholder et ulikt antall elektroner

hypervalent molekyl: molekyl som inneholder minst ett hovedgruppeelement som har mer enn åtte elektroner i valensskallet

Lewis struktur: diagram som viser ensomme par og bindingspar av elektroner i et molekyl eller en ion

lewis symbol: symbol for et element eller monatomisk ion som bruker en prikk for å representere hvert valenselektron i elementet eller ion

lone par: to (et par) valenselektroner som ikke brukes til å danne en kovalent binding

oktettregel: retningslinje som sier at hovedgruppeatomer vil danne strukturer der åtte valenselektroner interagerer med hver kjerne, og teller bindingselektroner som interagerer med begge atomer forbundet med bindingen

enkeltbinding: binding i hvilken et enkelt par elektroner deles mellom to atomer

trippelbinding: bond der tre par elektroner deles mellom to atomer

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.