Chemia wprowadzająca

Posted on by admin

cele nauczania

pod koniec tej sekcji będziesz mógł:

  • napisz symbole Lewisa dla neutralnych atomów i jonów
  • narysuj struktury Lewisa przedstawiające Wiązanie w prostych cząsteczkach

omówiliśmy różne rodzaje wiązań, które tworzą się między atomami i / lub jonami. We wszystkich przypadkach wiązania te obejmują udostępnianie lub przenoszenie elektronów walencyjnych powłoki między atomami. W tej sekcji zbadamy typową metodę przedstawiania elektronów walencyjnych i wiązań chemicznych, a mianowicie symbole Lewisa i struktury Lewisa.

Symbole Lewisa

używamy symboli Lewisa do opisu konfiguracji elektronów walencyjnych atomów i jonów monatomowych. Symbol Lewisa składa się z symbolu elementarnego otoczonego jedną kropką dla każdego z jego elektronów walencyjnych:

przedstawiono strukturę Lewisa wapnia. Pojedyncza para elektronów jest pokazana po prawej stronie symbolu.

Rysunek 1 przedstawia symbole Lewisa dla pierwiastków trzeciego okresu układu okresowego.

pokazana jest tabela, która ma trzy kolumny i dziewięć wierszy. Wiersz nagłówka brzmi

Rysunek 1. Symbole Lewisa ilustrujące liczbę elektronów walencyjnych dla każdego pierwiastka w trzecim okresie układu okresowego.

Symbole Lewisa mogą być również użyte do zilustrowania powstawania kationów z atomów, jak pokazano tutaj dla sodu i wapnia:

przedstawiono dwa diagramy. Lewy diagram pokazuje strukturę kropki Lewisa sodu z jedną kropką, następnie strzałkę skierowaną w prawo prowadzącą do symbolu sodu z górnym znakiem plus, znakiem plus i literą

podobnie, mogą być one użyte do pokazania tworzenia anionów z atomów, jak pokazano poniżej dla chloru i siarki:

przedstawiono dwa diagramy. Lewy diagram pokazuje strukturę kropek Lewisa chloru z siedmioma kropkami, a litera

Figura 2 pokazuje użycie symboli Lewisa do pokazania transferu elektronów podczas tworzenia związków jonowych.

tabela jest wyświetlana z czterema wierszami. Wiersz nagłówka brzmi

Rysunek 2. Kationy powstają, gdy atomy tracą elektrony, reprezentowane przez mniej kropek Lewisa, natomiast aniony powstają, gdy atomy zyskują elektrony. Całkowita liczba elektronów nie zmienia się.

struktury Lewisa

używamy również symboli Lewisa, aby wskazać tworzenie wiązań kowalencyjnych, które są pokazane w strukturach Lewisa, rysunkach opisujących wiązania w cząsteczkach i jonach poliatomowych. Na przykład, gdy dwa atomy chloru tworzą cząsteczkę chloru, dzielą one jedną parę elektronów:

diagram kropki Lewisa pokazuje reakcję. Dwa symbole chloru, każdy otoczony siedmioma kropkami, oddzielone są znakiem plusa. Kropki na pierwszym atomie są czarne, a kropki na drugim są odczytywane. Fraza,

struktura Lewisa wskazuje, że każdy atom Cl ma trzy pary elektronów, które nie są używane w wiązaniu (zwane samotnymi parami) i jedną wspólną parę elektronów (zapisaną między atomami). Kreska (lub linia) jest czasami używany do wskazania wspólnej pary elektronów:

pokazano dwie struktury Lewisa. Struktura lewostronna przedstawia dwa atomy H połączone pojedynczym wiązaniem. Struktura po prawej stronie przedstawia dwa atomy C l połączone pojedynczym wiązaniem, a każdy otoczony sześcioma kropkami.

pojedyncza wspólna para elektronów nazywa się pojedynczym wiązaniem. Każdy atom Cl oddziałuje z ośmioma elektronami walencyjnymi: sześcioma w samotnych parach i dwoma w pojedynczym wiązaniu.

zasada oktetu

pozostałe cząsteczki halogenowe (F2, Br2, I2 i At2) tworzą wiązania podobne do tych w cząsteczce chloru: jedno pojedyncze wiązanie między atomami i trzy pojedyncze pary elektronów na atom. Dzięki temu każdy atom halogenu ma konfigurację elektronową gazu szlachetnego. Tendencja głównych atomów grupy do tworzenia wystarczającej liczby wiązań do uzyskania ośmiu elektronów walencyjnych jest znana jako zasada oktetu.

liczba wiązań, które atom może tworzyć, może być często przewidywana na podstawie liczby elektronów potrzebnych do osiągnięcia oktetu (ośmiu elektronów walencyjnych); jest to szczególnie prawdziwe w przypadku niemetali drugiego okresu układu okresowego (C, N, O I F). Na przykład, każdy atom pierwiastka z grupy 14 ma cztery elektrony w swojej zewnętrznej powłoce i dlatego potrzebuje czterech kolejnych elektronów, aby dotrzeć do oktetu. Te cztery elektrony można uzyskać, tworząc cztery wiązania kowalencyjne, jak pokazano tutaj dla węgla w CCl4 (tetrachlorek węgla) i krzemu w SiH4 (Silan). Ponieważ Wodór potrzebuje tylko dwóch elektronów, aby wypełnić swoją powłokę walencyjną, jest to wyjątek od reguły oktetowej. Elementy przejściowe i wewnętrzne elementy przejściowe również nie są zgodne z zasadą oktetu:

pokazano dwa zestawy struktur kropkowych Lewisa. Lewe struktury przedstawiają pięć symboli C l W kształcie krzyża z ośmioma kropkami wokół każdego, słowo

pierwiastki grupy 15, takie jak azot, mają pięć elektronów walencyjnych w atomicznym symbolu Lewisa: jedną samotną parę i trzy niesparowane elektrony. Aby otrzymać oktet, Atomy te tworzą trzy wiązania kowalencyjne, jak w NH3 (amoniaku). Tlen i inne atomy z grupy 16 otrzymują oktet tworząc dwa wiązania kowalencyjne:

trzy struktury Lewisa oznaczone,

wiązania podwójne i potrójne

jak wcześniej wspomniano, gdy para atomów dzieli jedną parę elektronów, nazywamy to wiązaniem pojedynczym. Jednak para atomów może potrzebować więcej niż jednej pary elektronów, aby osiągnąć wymagany oktet. Wiązanie podwójne powstaje, gdy dwie pary elektronów są dzielone między parę atomów, jak między atomami węgla i tlenu w CH2O (formaldehyd) i między dwoma atomami węgla w C2H4 (etylen):pokazano dwie pary struktur Lewisa. Lewa para struktur przedstawia atom węgla tworzący pojedyncze wiązania z dwoma atomami wodoru. Pomiędzy atomem C a atomem O są cztery elektrony. Atom O ma również dwie pary kropek. Słowo

powstaje Wiązanie potrójne, gdy trzy pary elektronów są dzielone przez parę atomów, jak w gazie azotowym (N2):

pisząc struktury Lewisa z zasadą oktetu

dla bardzo prostych cząsteczek i jonów cząsteczkowych, możemy zapisać struktury Lewisa poprzez jedynie parowanie niesparowanych elektronów na atomach składowych. Zobacz te przykłady:

za pomocą diagramów Lewisa przedstawiono trzy reakcje. Pierwszy pokazuje wodór z jedną czerwoną kropką, znakiem plusa i bromem z siedmioma kropkami, z których jeden jest czerwony, połączony strzałką w prawo z wodorem i bromem z parą czerwonych kropek między nimi. Na bromie występują również trzy samotne pary. Druga reakcja pokazuje Wodór o współczynniku dwóch i jednej czerwonej kropce, znak plus i atom siarki z sześcioma kropkami, z których dwa są czerwone, połączone strzałką w prawo do dwóch atomów wodoru i jednego atomu siarki. Pomiędzy dwoma atomami wodoru a atomem siarki znajdują się dwie czerwone kropki. Obie pary tych kropek są czerwone. Atom siarki ma również dwie pojedyncze pary kropek. Trzecia reakcja pokazuje dwa atomy azotu z pięcioma kropkami, z których trzy są czerwone, oddzielone znakiem plusa i połączone strzałką w prawo z dwoma atomami azotu z sześcioma czerwonymi kropkami elektronów między sobą. Każdy atom azotu ma również jedną samotną parę elektronów.

w przypadku bardziej skomplikowanych cząsteczek i jonów molekularnych warto postępować zgodnie z opisaną tutaj procedurą krok po kroku:

  1. Określ całkowitą liczbę elektronów walencyjnych (powłoki zewnętrznej).
  2. narysuj strukturę szkieletu cząsteczki, układając Atomy wokół atomu centralnego. (Ogólnie rzecz biorąc, najmniejszy element elektroujemny powinien być umieszczony w środku.) Połącz każdy atom z atomem centralnym za pomocą jednego wiązania (jednej pary elektronowej).
  3. rozłóż pozostałe elektrony jako samotne pary na końcowych atomach (z wyjątkiem wodoru), wypełniając oktet wokół każdego atomu.
  4. Umieść wszystkie pozostałe elektrony na atomie centralnym.
  5. przestawiaj elektrony zewnętrznych atomów, aby utworzyć wiele wiązań z atomem Centralnym w celu uzyskania oktetów, gdzie to możliwe.

ustalmy strukturę Pbr3 używając powyższych kroków:

  • Krok 1: określić całkowitą liczbę elektronów walencyjnych (powłoki zewnętrznej).

\large \ begin{array} {l} \ \ \ phantom {\rule{0.8 em} {0ex}} {\text {PBr}}_{3} \ \ \ phantom {\rule{0.8 em} {0ex}} \ text {P: 5 elektronów walencyjnych/atom} \ times \text{1 atom}=5 \ \ \ underline{+\text{Br: 7 elektronów walencyjnych / atom} \ times \text{3 atomy}=21}\\ \ phantom {\rule{15.95em}{0ex}}= \ text{26 elektrony walencyjne} \ end{array}

  • Krok 2: narysuj strukturę szkieletu cząsteczki, układając Atomy wokół atomu centralnego. (Ogólnie rzecz biorąc, najmniejszy element elektroujemny powinien być umieszczony w środku.) Połącz każdy atom z atomem centralnym za pomocą jednego wiązania (jednej pary elektronowej).
pokazano diagram Lewisa pbr3. Jeden fosfor pojedynczy kości do trzech atomów bromu.
  • Krok 3: rozłóż pozostałe elektrony jako samotne pary na końcowych atomach (z wyjątkiem wodoru), uzupełniając oktet wokół każdego atomu.
  • Lewis doagram z PBr3. Pojedynczy atom fosforu związany z trzema atomami bromu. Każdy atom bromu ma trzy samotne pary. Krok 4: Umieść wszystkie pozostałe elektrony na atomie centralnym.
pokazano strukturę Lewisa dla PBr3. Wszystkie atomy mają oktety. Phorsphorus jest pojedynczo związany z trzema bromami. atom phorphorus ma jedną samotną parę, podczas gdy każdy brom ma trzy samotne pary.

Uwaga: Krok 5: nie jest potrzebny, ponieważ wszystkie atomy mają oktet.

wyznaczmy strukturę CH2O.

  • Krok 1: Określ całkowitą liczbę elektronów walencyjnych (powłoki zewnętrznej).

\large \begin{array}{l}\\ \phantom{\rule{0.8 em}{0ex}}{\text{H}_{2}}\text{CO}\\ \phantom{\rule{0.8 em}{0ex}}\text{H: 1 elektron walencyjny/atom}\times \text{2 atom}=2\\\text{C: 4 elektrony walencyjne/atom}\times \text{1 atom}=4\\ \underline{+\text{O: 6 elektrony walencyjne/atom}\times \text{1 Atomy}=6}\\ \\ \Phantom{\rule{15,95 em}{0EX}}=\text{12 elektronów walencyjnych}\end{array}

  • Krok 2: narysuj strukturę szkieletu cząsteczki, układając Atomy wokół atomu centralnego. (Ogólnie rzecz biorąc, najmniejszy element elektroujemny powinien być umieszczony w środku.) Połącz każdy atom z atomem centralnym za pomocą jednego wiązania (jednej pary elektronowej).
pokazano diagram Lewisa. ATOM centralny to węgiel, związany z jednym tlenem i dwoma wodorami.
  • Krok 3: rozłóż pozostałe elektrony jako samotne pary na końcowych atomach (z wyjątkiem wodoru), uzupełniając oktet wokół każdego atomu.
  • Krok 4: nie potrzebne, ponieważ wszystkie elektrony zostały umieszczone. Jednak węgiel nie ma oktetu,
  • Krok 5: Przestawiaj elektrony zewnętrznych atomów, aby utworzyć wiele wiązań z atomem centralnym, aby uzyskać oktety, gdzie to możliwe.

przykład 1: pisanie struktur Lewisa

misja NASA Cassini-Huygens wykryła duży obłok toksycznego cyjanowodoru (HCN) na Tytanie, jednym z księżyców Saturna. Jakie są struktury Lewisa tych cząsteczek?

Pokaż Krok 1

Krok 1: oblicz liczbę elektronów walencyjnych.
HCN: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

Pokaż Krok 2

Krok 2. Narysuj szkielet i połącz Atomy pojedynczymi wiązaniami. Pamiętaj, że H nigdy nie jest atomem centralnym:

Pokaż Krok 3

Krok 3: w razie potrzeby rozłóż elektrony na końcowe Atomy:

HCN: sześć elektronów umieszczonych na N

Pokaż Krok 4

Krok 4: w razie potrzeby umieść pozostałe elektrony na atomie centralnym:

HCN: nie ma elektronów

Pokaż Krok 5

Krok 5: Tam, gdzie jest to potrzebne, przestawiaj elektrony, aby utworzyć wiązania wielokrotne w celu uzyskania oktetu na każdym atomie:
HCN: formuj jeszcze dwa wiązania C-N

Sprawdź swoją wiedzę

dwutlenek węgla, CO2, jest produktem spalania paliw kopalnych. CO2 ma wpływ na globalne zmiany klimatu. Jaka jest struktura Lewisa CO2?

Pokaż odpowiedź

kluczowe pojęcia i podsumowanie

walencyjne struktury elektroniczne mogą być wizualizowane przez rysowanie symboli Lewisa (dla atomów i jonów monatomowych) i struktur Lewisa (dla cząsteczek i jonów poliatomowych). Pojedyncze pary, niesparowane elektrony i pojedyncze, podwójne lub potrójne wiązania są używane do wskazania, gdzie elektrony walencyjne znajdują się wokół każdego atomu w strukturze Lewisa. Większość struktur-zwłaszcza tych zawierających elementy drugiego rzędu-przestrzega zasady oktetu, w której każdy atom (z wyjątkiem H) jest otoczony przez osiem elektronów. Wyjątki od zasady oktetu występują dla cząsteczek nieparzystych elektronów (wolnych rodników), cząsteczek z niedoborem elektronów i cząsteczek hiperwartościowych.

ćwiczenia

  1. napisz symbole Lewisa dla każdego z następujących jonów:
    1. As3–
    2. I–
    3. Be2+
    4. O2–
    5. Ga3+
    6. Li+
    7. N3–
  2. wiele jonów monatomowych znajduje się w wodzie morskiej, w tym jony utworzone z poniższej listy pierwiastków. Napisz symbole Lewisa dla jonów monatomowych utworzonych z następujących elementów:
    1. Cl
    2. Na
    3. Mg
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. napisz symbole Lewisa jonów w każdym z następujących związków jonowych i symbole Lewisa atomu, z którego są utworzone:
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. GaCl3
    4. K2O
    5. Li3N
    6. KF
  4. w wymienionych poniżej strukturach Lewisa M I X reprezentują różne pierwiastki w trzecim okresie układu okresowego. Napisz wzór każdego związku za pomocą symboli chemicznych każdego pierwiastka:
    1. dwie struktury Lewisa są pokazane obok siebie, każda otoczona nawiasami. Lewa struktura przedstawia symbol M z nadpisanym znakiem dwóch dodatnich. Po prawej widać symbol X otoczony czterema samotnymi parami elektronów z nadpisanymi dwoma znakami ujemnymi poza nawiasami.
    2. dwie struktury Lewisa są pokazane obok siebie, każda otoczona nawiasami. Lewa struktura przedstawia symbol M z nadpisanym trzema dodatnimi znakami. Właściwa struktura przedstawia symbol X otoczony czterema samotnymi parami elektronów z nadpisanym znakiem ujemnym i nadpisanym trzema obiema poza nawiasami.
    3. dwie struktury Lewisa są pokazane obok siebie, każda otoczona nawiasami. Lewa struktura przedstawia Symbol M z nadpisanym znakiem dodatnim i nadpisanym dwoma poza nawiasami. Właściwa struktura przedstawia symbol X otoczony czterema samotnymi parami elektronów z nadpisanymi dwoma znakami ujemnymi poza nawiasami.
    4. dwie struktury Lewisa są pokazane obok siebie, każda otoczona nawiasami. Lewa struktura przedstawia Symbol M z nadpisanym znakiem trzech dodatnich i nadpisanym dwoma poza nawiasami. Właściwa struktura przedstawia symbol X otoczony czterema samotnymi parami elektronów o nadpisanych dwóch znakach ujemnych i nadpisanych trzech obu poza nawiasami.
  5. napisz strukturę Lewisa dla dwuatomowej cząsteczki P2, niestabilnej formy fosforu występującej w wysokotemperaturowych oparach fosforu.
  6. napisz:
    1. H2
    2. Hbr
    3. PCl3
  7. napisz:
    1. O2
    2. H2CO
    3. AsF3
    4. SiCl4
wybrane odpowiedzi

1. Symbol Lewisa dla każdego jonu jest następujący:

  1. osiem elektronów:
    diagram Kropkowy Lewisa przedstawia symbol arsenu, A S, otoczony ośmioma kropkami i nadpisanym trzema znakami ujemnymi.
  2. osiem elektronów:
    diagram Kropkowy Lewisa przedstawia symbol jodu, I, otoczony ośmioma kropkami i superscriptowanym znakiem ujemnym.
  3. brak elektronów Be2+
  4. osiem elektronów:
    diagram Kropkowy Lewisa przedstawia symbol tlenu, O, otoczony ośmioma kropkami i nadpisanym znakiem ujemnym.
  5. brak elektronów Ga3+
  6. brak elektronów Li+
  7. osiem elektronów:
    diagram Kropkowy Lewisa przedstawia symbol azotu, N, otoczony ośmioma kropkami i nadpisanym trzema znakami ujemnymi.

3. Symbole Lewisa są następujące:

  1. pokazano dwie struktury Lewisa. Po lewej stronie znajduje się Symbol M g z dwoma dodatnimi znakami superscript, a po prawej symbol S otoczony ośmioma kropkami i dwa ujemne znakami superscript.
  2. pokazano dwie struktury Lewisa. Po lewej stronie znajduje się symbol a l z trzema dodatnimi znakami, a po prawej symbol O otoczony ośmioma kropkami i dwoma ujemnymi znakami.
  3. pokazano dwie struktury Lewisa. Po lewej stronie znajduje się symbol G A z trzema dodatnimi znakami dodatnimi, a po prawej symbol C l otoczony ośmioma kropkami i ujemny znak dodatnimi znakami dodatnimi.
  4. pokazano dwie struktury Lewisa. Po lewej stronie znajduje się symbol K z dodatnim znakiem superscript, a po prawej symbol O otoczony ośmioma kropkami i dwoma ujemnymi znakami superscript.
  5. pokazano dwie struktury Lewisa. Po lewej stronie znajduje się Symbol L i z dodatnim znakiem superscript, a po prawej symbol N otoczony ośmioma kropkami i trzy ujemne znaki superscript.
  6. pokazano dwie struktury Lewisa. Lewa pokazuje symbol K z dodatnim znakiem superscript, podczas gdy prawa pokazuje symbol F otoczony ośmioma kropkami i ujemnym znakiem superscript.

diagram Lewisa pokazuje dwa atomy fosforu potrójnie połączone ze sobą, każdy z jedną samotną parą elektronów.

7. Struktury Lewisa są następujące:

  1. O2:
    struktura Lewisa pokazuje dwa atomy tlenu podwójnie połączone ze sobą, a każdy ma dwie samotne pary elektronów.
    w tym przypadku struktura Lewisa jest niewystarczająca do zobrazowania faktu, że badania eksperymentalne wykazały dwa niesparowane elektrony w każdej cząsteczce tlenu.
  2. H2CO:
    struktura Lewisa pokazuje atom węgla, który jest pojedynczo związany z dwoma atomami wodoru i Podwójnie związany z atomem tlenu. Atom tlenu ma dwie samotne pary elektronów.
  3. AsF3:
    struktura Lewisa pokazuje pojedynczy atom arsenu związany z trzema atomami fluoru. Każdy atom fluoru ma samotną parę elektronów.
  4. SiCl4:
    struktura Lewisa pokazuje ATOM krzemu, który jest pojedynczo związany z czterema atomami chloru. Każdy atom chloru ma trzy samotne pary elektronów.
    pokazano dwie struktury Lewisa. Lewa przedstawia pojedynczy atom węgla związany z czterema atomami chloru, każdy z trzema samotnymi parami elektronów. Prawo pokazuje atom węgla podwójnie związany z atomem tlenu, który ma dwie samotne pary elektronów. Atom węgla jest również pojedynczo związany z dwoma atomami chloru, z których każdy ma trzy pojedyncze pary elektronów.

Słowniczek

wiązanie podwójne: wiązanie kowalencyjne, w którym dwie pary elektronów są dzielone między dwa atomy

wolne rodniki: cząsteczka zawierająca nieparzystą liczbę elektronów

cząsteczka hiperwartościowa: cząsteczka zawierająca co najmniej jeden główny element grupy, który ma więcej niż osiem elektronów w powłoce walencyjnej

struktura Lewisa: diagram przedstawiający samotne pary i pary wiązań elektronów w cząsteczce lub Jonie

>

symbol Lewisa:

pojedyncza para: dwa (para) elektronów walencyjnych, które nie są używane do tworzenia wiązania kowalencyjnego

reguła oktetu: wytyczne, które stwierdza główne Atomy grupy będą tworzyć struktury, w których osiem elektronów walencyjnych oddziałują z każdym jądrem, licząc wiązania elektronów Jako oddziałujących z obu atomów połączonych wiązaniem

pojedyncze wiązanie: wiązanie, w którym elektrony walencyjne oddziałują z każdym jądrem

pojedyncza para elektronów jest dzielona między dwa atomy

Wiązanie potrójne: Wiązanie, w którym trzy pary elektronów są dzielone między dwa atomy

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.