Inleidende Chemie

Geplaatst op door admin

leerdoelen

Door het einde van dit hoofdstuk, zult u in staat zijn om:

  • Schrijf Lewis symbolen voor neutrale atomen en ionen
  • Teken Lewis structuren die de band in een eenvoudige moleculen

We hebben gesproken over de verschillende soorten van obligaties, die tussen atomen en/of ionen. In alle gevallen, deze bindingen impliceren het delen of overdracht van valentie shell elektronen tussen atomen. In deze sectie zullen we de typische methode verkennen voor het afbeelden van valentieschelpelektronen en chemische bindingen, namelijk Lewis-symbolen en Lewis-structuren.

Lewis-symbolen

we gebruiken Lewis-symbolen om valentie-elektronconfiguraties van atomen en monatomische ionen te beschrijven. Een Lewis-symbool bestaat uit een elementair symbool omgeven door een punt voor elk van zijn valentie-elektronen:

een Lewis structuur van calcium wordt getoond. Aan de rechterkant van het symbool staat een enkel paar elektronen.

figuur 1 toont de Lewis-symbolen voor de elementen van de derde periode van het periodiek systeem.

een tabel bevat drie kolommen en negen rijen. De kopregel luidt

figuur 1. Lewis-symbolen die het aantal valentie-elektronen voor elk element in de derde periode van het periodiek systeem illustreren.

Lewis symbolen kunnen ook worden gebruikt om de vorming van kationen uit atomen te illustreren, zoals hier getoond voor natrium en calcium:

Er worden twee diagrammen getoond. Het linker diagram toont een Lewis dot structuur van natrium met één punt, dan een naar rechts gerichte pijl die leidt naar een natrium symbool met een superscript plusteken, een plusteken, en de letter

evenzo kunnen ze worden gebruikt om de vorming van anionen uit atomen te tonen, zoals hieronder voor chloor en zwavel:

Er worden twee diagrammen getoond. Het linker diagram toont een Lewis dot structuur van chloor met zeven punten en de letter

Figuur 2 toont het gebruik van Lewis symbolen om de overdracht van elektronen tijdens de vorming van ionische verbindingen.

een tabel wordt weergegeven met vier rijen. De kopregel luidt

Figuur 2. Kationen worden gevormd wanneer atomen elektronen verliezen, vertegenwoordigd door minder Lewis punten, terwijl anionen worden gevormd door atomen die elektronen bereiken. Het totale aantal elektronen verandert niet.

Lewis-structuren

we gebruiken ook Lewis-symbolen om de vorming van covalente bindingen aan te geven, die worden weergegeven in Lewis-structuren, tekeningen die de binding in moleculen en polyatomische ionen beschrijven. Bijvoorbeeld, wanneer twee chlooratomen een chloormolecuul vormen, delen zij één paar elektronen:

een Lewis dot diagram toont een reactie. Twee chloorsymbolen, elk omgeven door zeven stippen, worden gescheiden door een plusteken. De stippen op het eerste atoom zijn allemaal zwart en de stippen op het tweede atoom zijn allemaal gelezen. De zin,

De Lewis-structuur geeft aan dat elk CL-atoom drie paren elektronen heeft die niet worden gebruikt in binding (eenzame paren genoemd) en één gedeeld paar elektronen (geschreven tussen de atomen). Een streepje (of lijn) wordt soms gebruikt om een gedeeld paar elektronen aan te geven:

twee Lewis structuren worden getoond. De linker structuur toont twee H atomen verbonden door een enkele binding. De rechter structuur toont twee C l atomen verbonden door een enkele binding en elk omgeven door zes stippen.

een enkel gedeeld paar elektronen wordt een enkele binding genoemd. Elk CL-atoom interageert met acht valentie-elektronen: de zes in de eenzame paren en de twee in de enkele binding.

de octetregel

de andere halogeenmoleculen (F2, Br2, I2 en At2) vormen bindingen zoals die in het chloormolecuul: één enkele binding tussen atomen en drie eenzame paren elektronen per atoom. Hierdoor kan elk halogeenatoom een edelgaselektronenconfiguratie hebben. De neiging van hoofdgroepatomen om voldoende bindingen te vormen om acht valentie-elektronen te verkrijgen staat bekend als de octetregel.

het aantal bindingen dat een atoom kan vormen kan vaak worden voorspeld uit het aantal elektronen dat nodig is om een octet te bereiken (acht valentie-elektronen); dit geldt vooral voor de niet-metalen uit de tweede periode van het periodiek systeem (C, N, O en F). Elk atoom van een element van groep 14 heeft bijvoorbeeld vier elektronen in zijn buitenste schil en heeft daarom nog vier elektronen nodig om een octet te bereiken. Deze vier elektronen kunnen worden verkregen door vier covalente bindingen te vormen, zoals hier wordt geïllustreerd voor koolstof in CCl4 (tetrachloorkoolstof) en silicium in SiH4 (silaan). Omdat waterstof slechts twee elektronen nodig heeft om zijn valentieschil te vullen, is het een uitzondering op de octetregel. De overgangselementen en innerlijke overgangselementen volgen ook niet de octetregel:

twee sets van Lewis dot structuren worden getoond. De linker structuren tonen vijf C l symbolen in een kruisvorm met acht stippen rond elk, het woord

Groep 15 elementen zoals stikstof hebben vijf valentie-elektronen in het atomaire Lewis symbool: één enkel paar en drie ongepaarde elektronen. Om een octet te verkrijgen, vormen deze atomen drie covalente bindingen, zoals in NH3 (ammoniak). Zuurstof en andere atomen in groep 16 verkrijgen een octet door twee covalente bindingen te vormen:

drie Lewis structuren gelabeld,

dubbele en drievoudige bindingen

zoals eerder vermeld, wanneer een paar atomen één paar elektronen deelt, noemen we dit een enkele binding. Een paar atomen kan echter meer dan één paar elektronen moeten delen om het vereiste octet te bereiken. Een dubbele binding ontstaat wanneer twee paren elektronen worden gedeeld tussen een paar atomen, zoals tussen de koolstof-en zuurstofatomen in CH2O (formaldehyde) en tussen de twee koolstofatomen in C2H4 (ethyleen):twee paren Lewis-structuren worden getoond. Het linker paar structuren toont een koolstofatoom dat enkele bindingen vormt met twee waterstofatomen. Er zitten vier elektronen tussen het C-atoom en een O-atoom. Het O-atoom heeft ook twee paar stippen. Het woord

een drievoudige binding ontstaat wanneer drie elektronenparen worden gedeeld door een paar atomen, zoals in stikstofgas (N2).):

Lewis-structuren schrijven met de octetregel

voor zeer eenvoudige moleculen en moleculaire ionen kunnen we de Lewis-structuren schrijven door alleen de ongepaarde elektronen op de samenstellende atomen te koppelen. Zie deze voorbeelden:

drie reacties worden weergegeven met Lewis dot diagrammen. De eerste toont een waterstof met een rode stip, een plusteken en een Broom met zeven stippen, waarvan er één rood is, verbonden door een pijl naar rechts met een waterstof en broom met een paar rode stippen ertussen. Er zijn ook drie eenzame paren op de broom. De tweede reactie toont een waterstof met een coëfficiënt van twee en een rode stip, een plusteken, en een zwavelatoom met zes stippen, waarvan twee rood, verbonden door een pijl naar rechts met twee waterstofatomen en een zwavelatoom. Er zijn twee rode stippen tussen de twee waterstofatomen en het zwavelatoom. Beide paren van deze stippen zijn rood. Het zwavelatoom heeft ook twee paar stippen. De derde reactie toont twee stikstofatomen met elk vijf stippen, waarvan er drie rood zijn, gescheiden door een plusteken, en verbonden door een pijl naar rechts met twee stikstofatomen met zes rode elektron stippen tussen elkaar. Elk stikstofatoom heeft ook één enkel paar elektronen.

voor meer gecompliceerde moleculen en moleculaire ionen is het nuttig de hier beschreven stapsgewijze procedure te volgen:

  1. Bepaal het totale aantal valentie-elektronen (buitenschil).
  2. teken een skelet structuur van het molecuul, het rangschikken van de atomen rond een centraal atoom. (Over het algemeen moet het minst elektronegatieve element in het midden worden geplaatst.) Verbind elk atoom met het centrale atoom met een enkele binding (een elektronenpaar).Verdeel de resterende elektronen als eenzame paren op de eindatomen (behalve waterstof), waarbij een octet rond elk atoom wordt voltooid.
  3. plaats alle resterende elektronen op het centrale atoom.
  4. herschik de elektronen van de buitenste atomen om meerdere bindingen met het centrale atoom te maken om waar mogelijk octetten te verkrijgen.

laten we de Lewis-structuur van PBr3 bepalen met behulp van de bovenstaande stappen:

  • Stap 1: Bepaal het totale aantal valentie (buitenste schil) elektronen.

\grote\ begin{array}{l} \ \ \ phantom {\rule{0.8 em}{0ex}} {\text{PBr}}_{3}\\ \ \ phantom {\rule{0.8 em}{0ex}} \ text{P: 5 valentie-elektronen / atoom} \ times \ text{1 atoom} = 5 \ \ \ underline {+\text{Br: 7 valentie-elektronen / atoom} \ times \ text{3 atomen} = 21}\\ \ \ \ phantom {\rule{15.95em}{0ex}}= \ text{26 valentie-elektronen} \ end{array}

  • Stap 2: Teken een skelet structuur van het molecuul, het rangschikken van de atomen rond een centraal atoom. (Over het algemeen moet het minst elektronegatieve element in het midden worden geplaatst.) Verbind elk atoom met het centrale atoom met een enkele binding (een elektronenpaar).
Lewis diagram van PBr3 wordt getoond. De ene fosfor enkele uitgebeend tot drie broomatomen.
  • Stap 3: verdeel de resterende elektronen als eenzame paren op de terminale atomen (behalve waterstof), en voltooi een octet rond elk atoom.
  • Lewis doagram van PBr3. Een enkel atoom fosfor gebonden aan drie broomatomen. Elk broomatoom heeft drie paren.Stap 4: Plaats alle resterende elektronen op het centrale atoom.
Lewis structuur voor PBr3 wordt getoond. Alle atomen hebben octetten. Phorsphorus is individueel gebonden aan drie broomdeeltjes. het phorphorus-atoom heeft één enkel paar, terwijl elk Broom drie afzonderlijke paren heeft.

opmerking: Stap 5: Is niet nodig omdat alle atomen een octet hebben.

laten we de Lewis-structuur van CH2O bepalen.

  • Stap 1: Bepaal het totale aantal valentie (buitenste schil) elektronen.

\grote \begin{array}{l}\\ \phantom{\rule{0.8 em}{0ex}}{\text{H}_{2}}\text{CO}\\ \phantom{\rule{0.8 em}{0ex}}\text{H: 1 valentie elektron/atom}\times \text{2 atom}=2\\\text{C: 4 valentie elektronen/atom}\times \text{1 atoom}=4\\ \underline{+\text{O: 6 valentie elektronen/atom}\times \text{1 atomen}=6}\\ \\ \phantom{\rule{15.95 em}{0ex}}=\text{12 valence elektronen}\end{array}

  • Stap 2: Teken een skelet structuur van het molecuul, het regelen van de atomen rond een centrale atoom. (Over het algemeen moet het minst elektronegatieve element in het midden worden geplaatst.) Verbind elk atoom met het centrale atoom met een enkele binding (een elektronenpaar).
Lewis diagram getoond. Het centrale atoom is koolstof, gebonden aan één zuurstof en twee waterstofatomen.
  • Stap 3: verdeel de resterende elektronen als eenzame paren op de terminale atomen (behalve waterstof), en voltooi een octet rond elk atoom.
  • Stap 4: niet nodig, omdat alle elektronen zijn geplaatst. Koolstof heeft echter geen octet,
  • Stap 5: Herschik de elektronen van de buitenste atomen om meerdere bindingen met het centrale atoom te maken om waar mogelijk octetten te verkrijgen.

Voorbeeld 1: Het schrijven van Lewis Structures

NASA ‘ s Cassini-Huygens missie ontdekte een grote wolk van giftige waterstofcyanide (HCN) op Titan, een van de manen van Saturnus. Wat zijn de Lewis-structuren van deze moleculen?

toon stap 1

Stap 1: Bereken het aantal valentie-elektronen.
HCN: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

toon stap 2

Stap 2. Teken een skelet en verbind de atomen met enkele bindingen. Vergeet niet dat H is nooit een centrale atoom:

Toon Stap 3

Stap 3: Waar nodig, te distribueren elektronen naar de terminal atomen:

HCN: zes elektronen geplaatst op N

Toon Stap 4

Stap 4: Waar nodig, plaats overgebleven elektronen op het centrale atoom:

HCN: geen elektronen blijven

Toon Stap 5

Stap 5: Waar nodig, herschik elektronen om meerdere bindingen te vormen om op elk atoom een octet te verkrijgen:
HCN: vorm nog twee C-N bindingen

kooldioxide, CO2, is een product van de verbranding van fossiele brandstoffen. CO2 is betrokken bij de wereldwijde klimaatverandering. Wat is de Lewis-structuur van CO2?

antwoord tonen

belangrijke concepten en samenvatting

valentie elektronische structuren kunnen worden gevisualiseerd door het tekenen van Lewis symbolen (voor atomen en monatomische ionen) en Lewis structuren (voor moleculen en polyatomische ionen). Eenzame paren, ongepaarde elektronen en enkele, dubbele of drievoudige bindingen worden gebruikt om aan te geven waar de valentie-elektronen zich rond elk atoom in een Lewis-structuur bevinden. De meeste structuren—vooral die met elementen van de tweede rij—gehoorzamen aan de octetregel, waarin elk atoom (behalve H) is omgeven door acht elektronen. Uitzonderingen op de octetregel komen voor bij oneven-elektronenmoleculen (vrije radicalen), elektronendeficiënte moleculen en hypervalente moleculen.

oefeningen

  1. schrijf de Lewis-symbolen voor elk van de volgende ionen:
    1. As3 –
    2. I –
    3. Be2 +
    4. O2 –
    5. Ga3 +
    6. Li +
    7. N3–
  2. veel monatomaire ionen worden gevonden in zeewater, met inbegrip van de ionen gevormd uit de volgende lijst van elementen. Schrijf de Lewis symbolen voor de monatomaire ionen gevormd uit de volgende elementen:
    1. Cl
    2. Nvt
    3. Mg
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. Schrijf de Lewis symbolen van de ionen in elk van de volgende ionogene verbindingen en de Lewis symbolen van de atomen waaruit ze zijn gevormd:
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. GaCl3
    4. K2O
    5. Li3N
    6. KF
  4. In de Lewis-structuren hieronder, M en X vertegenwoordigen verschillende elementen in de derde periode van het periodiek systeem. Schrijf de formule van elke verbinding met behulp van de chemische symbolen van elk element:
    1. twee Lewis structuren worden naast elkaar getoond, elk omgeven door haakjes. De linker structuur toont het symbool M met een superscript twee positief teken. Rechts toont het symbool X, omringd door vier eenzame paren elektronen met een superscript twee negatief teken buiten de haakjes.
    2. twee Lewis structuren worden naast elkaar getoond, elk omgeven door haakjes. De linker structuur toont het symbool M met een superscript drie positief teken. De rechter structuur toont het symbool X omringd door vier eenzame paren elektronen met een superscript negatief teken en een subscript drie beide buiten de haakjes.
    3. twee Lewis structuren worden naast elkaar getoond, elk omgeven door haakjes. De linker structuur toont het symbool M met een superscript positief teken en een subscript twee buiten de haakjes. De rechter structuur toont het symbool X omringd door vier eenzame paren elektronen met een superscript twee negatief teken buiten de haakjes.
    4. twee Lewis structuren worden naast elkaar getoond, elk omgeven door haakjes. De linker structuur toont het symbool M met een superscript drie positieve teken en een subscript twee buiten de haakjes. De rechter structuur toont het symbool X omringd door vier eenzame paren van elektronen met een superscript twee negatief teken en subscript drie beide buiten de haakjes.
  5. schrijf de Lewis structuur voor het diatomaire molecuul P2, een onstabiele vorm van fosfor gevonden in hoge temperatuur fosfor damp.
  6. Schrijf Lewis structuren voor het volgende:
    1. H2
    2. HBr
    3. PCl3
  7. Schrijf Lewis structuren voor het volgende:
    1. O2
    2. H2CO
    3. AsF3
    4. SiCl4
Geselecteerde Antwoorden

1. Het Lewis-symbool voor elk ion is als volgt:

  1. acht elektronen:
    een Lewis-puntdiagram toont het symbool voor arseen, A s, omgeven door acht punten en een superscript drie negatief teken.
  2. acht elektronen:
    een Lewis dot diagram toont het symbool voor jodium, I, omgeven door acht stippen en een superscript negatief teken.
  3. geen elektronen Be2 +
  4. acht elektronen:
    een Lewis-puntdiagram toont het symbool voor zuurstof, o, omgeven door acht punten en een superscript twee negatief teken.
  5. geen elektronen Ga3 +
  6. geen elektronen Li +
  7. acht elektronen:
    een Lewis-puntdiagram toont het symbool voor stikstof, N, omgeven door acht punten en een superscript drie negatief teken.

3. De Lewis symbolen zijn als volgt:

  1. twee Lewis structuren worden getoond. De linker toont het symbool m g met een superscript twee positief teken, terwijl de rechter toont het symbool S omringd door acht punten en een superscript twee negatief teken.
  2. twee Lewis structuren worden getoond. De linker toont het symbool A l met een superscripted drie positief teken, terwijl de rechter toont het symbool O omgeven door acht stippen en een superscript twee negatief teken.
  3. twee Lewis structuren worden getoond. De linker toont het symbool G A met een superscripted drie positieve teken, terwijl de rechter toont het symbool C l omgeven door acht stippen en een superscript negatieve teken.
  4. twee Lewis structuren worden getoond. De linker toont het symbool K met een superscripted positief teken terwijl de rechter toont het symbool O omgeven door acht stippen en een superscripted twee negatief teken.
  5. twee Lewis structuren worden getoond. Links toont het symbool L i met een superscripted positief teken, rechts toont het symbool N omringd door acht stippen en een superscripted drie negatief teken.
  6. twee Lewis structuren worden getoond. Links toont het symbool K met een superscripted positief teken, rechts toont het symbool F omringd door acht stippen en een superscripted negatief teken.

een Lewis-diagram toont twee fosforatomen die drievoudig aan elkaar zijn gebonden, elk met één enkel elektronenpaar.

7. De Lewis structuren zijn als volgt:

  1. O2:
    een Lewis-structuur toont twee zuurstofatomen die dubbel aan elkaar zijn gebonden, en elk heeft twee eenzame elektronenparen.
    in dit geval is de Lewis-structuur onvoldoende om het feit te illustreren dat experimentele studies twee ongepaarde elektronen in elk zuurstofmolecuul hebben aangetoond.
  2. H2CO:
    een Lewis-structuur toont een koolstofatoom dat enkel gebonden is aan twee waterstofatomen en dubbel gebonden is aan een zuurstofatoom. Het zuurstofatoom heeft twee eenzame paren elektronen.
  3. AsF3:
    een Lewis-structuur vertoont een arseenatoom dat enkel gebonden is aan drie fluoratomen. Elk fluor atoom heeft een enkel paar elektronen.
  4. SiCl4:
    een Lewis-structuur toont een siliciumatoom dat enkel gebonden is aan vier chlooratomen. Elk chlooratoom heeft drie eenzame paren elektronen.
    twee Lewis-structuren worden getoond. De linker afbeelding toont een koolstofatoom enkel gebonden aan vier chlooratomen, elk met drie eenzame paren elektronen. Rechts zie je een koolstofatoom dat dubbel gebonden is aan een zuurstofatoom dat twee eenzame paren elektronen heeft. Het koolstofatoom is ook enkel gebonden aan twee chlooratomen, die elk drie eenzame paren elektronen hebben.

Woordenlijst

dubbele binding: covalente binding in die twee paren van elektronen worden gedeeld tussen de twee atomen

vrije radicalen: een molecule met een oneven aantal elektronen

hypervalent molecuul: een molecule met ten minste één hoofdgroep element dat meer dan acht elektronen in zijn valence shell

Lewis structuur: diagram van eenzame paren en lijmen van paren van elektronen in een molecuul of ion

Lewis symbool: symbool voor een element of monatomic ion die gebruik maakt van een stip voor elke valentie-elektronen in het element of de ion

lone-pair: twee (een paar van) valentie elektronen die niet zijn gebruikt om een covalente binding

octet regel: richtlijn dat lidstaten de belangrijkste groep atomen vormen structuren in die acht valentie elektronen communiceren met elke kern, het tellen van bonding elektronen als de interactie met zowel de atomen met elkaar verbonden door de band

enkele binding: bond waarin een enkel paar van elektronen wordt gedeeld tussen twee atomen

triple-band: binding waarin drie paren elektronen worden gedeeld tussen twee atomen

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.