Chimie introductivă

Posted on by admin

obiective de învățare

până la sfârșitul acestei secțiuni, veți putea:

  • scrieți simboluri Lewis pentru atomi și ioni neutri
  • desenați structuri Lewis care descriu legătura în molecule simple

am discutat diferitele tipuri de legături care se formează între atomi și/sau ioni. În toate cazurile, aceste legături implică partajarea sau transferul electronilor învelișului de valență între atomi. În această secțiune, vom explora metoda tipică pentru reprezentarea electronilor învelișului de valență și a legăturilor chimice, și anume simbolurile Lewis și structurile Lewis.

simboluri Lewis

folosim simboluri Lewis pentru a descrie configurațiile electronilor de valență ale atomilor și ionilor monatomici. Un simbol Lewis constă dintr – un simbol elementar înconjurat de un punct pentru fiecare dintre electronii săi de valență:

este prezentată o structură Lewis de calciu. O pereche solitară de electroni este afișată în dreapta simbolului.

Figura 1 prezintă simbolurile Lewis pentru elementele celei de-a treia perioade a tabelului periodic.

este prezentat un tabel care are trei coloane și nouă rânduri. Rândul antetului citește

Figura 1. Simboluri Lewis care ilustrează numărul de electroni de valență pentru fiecare element din a treia perioadă a tabelului periodic.

simbolurile Lewis pot fi folosite și pentru a ilustra formarea cationilor din atomi, așa cum se arată aici pentru sodiu și calciu:

sunt prezentate două diagrame. Diagrama din stânga arată o structură Lewis dot de sodiu cu un punct, apoi o săgeată orientată spre dreapta care duce la un simbol de sodiu cu un semn plus superscriptat, un semn plus și litera

de asemenea, ele pot fi folosite pentru a arăta formarea anionilor din atomi, așa cum se arată mai jos pentru clor și sulf:

sunt prezentate două diagrame. Diagrama din stânga prezintă o structură Lewis dot de clor cu șapte puncte și litera

Figura 2 demonstrează utilizarea simbolurilor Lewis pentru a arăta transferul de electroni în timpul formării compușilor ionici.

se afișează un tabel cu patru rânduri. Rândul antetului citește

Figura 2. Cationii se formează atunci când atomii pierd electroni, reprezentați de mai puține puncte Lewis, în timp ce anionii sunt formați de atomi care câștigă electroni. Numărul total de electroni nu se schimbă.

structuri Lewis

de asemenea, folosim simboluri Lewis pentru a indica formarea legăturilor covalente, care sunt prezentate în structurile Lewis, desene care descriu legătura dintre molecule și ionii poliatomici. De exemplu, atunci când doi atomi de clor formează o moleculă de clor, aceștia împărtășesc o pereche de electroni:

o diagramă Lewis Dot arată o reacție. Două simboluri de clor, fiecare înconjurat de șapte puncte sunt separate printr-un semn plus. Punctele de pe primul atom sunt toate negre, iar punctele de pe al doilea atom sunt citite. Fraza,

structura Lewis indică faptul că fiecare atom Cl are trei perechi de electroni care nu sunt utilizați în legătură (numite perechi singuratice) și o pereche comună de electroni (scrisă între atomi). O liniuță (sau linie) este uneori utilizată pentru a indica o pereche partajată de electroni:

sunt prezentate două structuri Lewis. Structura din stânga prezintă doi atomi de H conectați printr-o singură legătură. Structura din dreapta prezintă doi atomi C L conectați printr-o singură legătură și fiecare înconjurat de șase puncte.

o singură pereche comună de electroni se numește o singură legătură. Fiecare atom Cl interacționează cu opt electroni de valență: cei șase în perechile singure și cei doi în legătura unică.

regula octetului

celelalte molecule de halogen (F2, Br2, I2 și At2) formează legături ca cele din molecula de clor: o singură legătură între atomi și trei perechi singulare de electroni pe atom. Acest lucru permite fiecărui atom de halogen să aibă o configurație electronică cu gaz nobil. Tendința atomilor din grupul principal de a forma suficiente legături pentru a obține opt electroni de valență este cunoscută sub numele de regula octetului.

numărul de legături pe care un atom le poate forma poate fi adesea prezis din numărul de electroni necesari pentru a ajunge la un octet (opt electroni de valență); acest lucru este valabil mai ales pentru nemetalele din a doua perioadă a tabelului periodic (C, N, o și F). De exemplu, fiecare atom al unui element din grupul 14 are patru electroni în învelișul său exterior și, prin urmare, necesită încă patru electroni pentru a ajunge la un octet. Acești patru electroni pot fi câștigați prin formarea a patru legături covalente, așa cum este ilustrat aici pentru carbon în CCl4 (tetraclorură de carbon) și siliciu în SiH4 (silan). Deoarece hidrogenul are nevoie doar de doi electroni pentru a-și umple învelișul de valență, este o excepție de la regula octetului. Elementele de tranziție și elementele de tranziție interioare nu respectă, de asemenea, regula octetului:

sunt prezentate două seturi de structuri punct Lewis. Structurile din stânga descriu cinci simboluri C l într-o formă încrucișată cu opt puncte în jurul fiecăruia, cuvântul

elementele grupului 15, cum ar fi azotul, au cinci electroni de valență în simbolul Atomic Lewis: o pereche singură și trei electroni nepereche. Pentru a obține un octet, acești atomi formează trei legături covalente, ca în NH3 (amoniac). Oxigenul și alți atomi din grupa 16 obțin un octet formând două legături covalente:

trei structuri Lewis etichetate,

legături duble și Triple

după cum am menționat anterior, atunci când o pereche de atomi împarte o pereche de electroni, numim aceasta o singură legătură. Cu toate acestea, o pereche de atomi ar putea avea nevoie să împartă mai mult de o pereche de electroni pentru a obține octetul necesar. O legătură dublă se formează atunci când două perechi de electroni sunt împărțite între o pereche de atomi, ca între atomii de carbon și oxigen din CH2O (formaldehidă) și între cei doi atomi de carbon din C2H4 (etilenă):sunt prezentate două perechi de structuri Lewis. Perechea stângă de structuri prezintă un atom de carbon care formează legături unice la doi atomi de hidrogen. Există patru electroni între atomul C și un atom de O. Atomul O are, de asemenea, două perechi de puncte. Cuvântul

se formează o legătură triplă atunci când trei perechi de electroni sunt împărțite de o pereche de atomi, ca în gazul de azot (N2):

scrierea structurilor Lewis cu regula octetului

pentru molecule foarte simple și ioni moleculari, putem scrie structurile Lewis prin simpla asociere a electronilor nepereche pe atomii constituenți. Vedeți aceste exemple:

trei reacții sunt prezentate cu diagramele Lewis dot. Primul prezintă un hidrogen cu un punct roșu, un semn plus și un brom cu șapte puncte, dintre care unul este roșu, conectat printr-o săgeată orientată spre dreapta la un hidrogen și brom cu o pereche de puncte roșii între ele. Există, de asemenea, trei perechi singure pe brom. A doua reacție prezintă un hidrogen cu un coeficient de două și un punct roșu, un semn plus și un atom de sulf cu șase puncte, dintre care două sunt roșii, conectate printr-o săgeată orientată spre dreapta la doi atomi de hidrogen și un atom de sulf. Există două puncte roșii între cei doi atomi de hidrogen și atomul de sulf. Ambele perechi ale acestor puncte sunt roșii. Atomul de sulf are, de asemenea, două perechi singulare de puncte. A treia reacție arată doi atomi de azot fiecare cu cinci puncte, dintre care trei sunt roșii, separați printr-un semn plus și conectați printr-o săgeată orientată spre dreapta la doi atomi de azot cu șase puncte de electroni roșii între ele. Fiecare atom de azot are, de asemenea, o singură pereche de electroni.

pentru molecule mai complicate și ioni moleculari, este util să urmați procedura pas cu pas prezentată aici:

  1. determinați numărul total de electroni de valență (înveliș exterior).
  2. desenați o structură de schelet a moleculei, aranjând atomii în jurul unui atom central. (În general, elementul cel mai puțin electronegativ ar trebui plasat în centru.) Conectați fiecare atom la atomul central cu o singură legătură (o pereche de electroni).
  3. distribuie electronii rămași ca perechi singulare pe atomii terminali (cu excepția hidrogenului), completând un octet în jurul fiecărui atom.
  4. plasați toți electronii rămași pe atomul central.
  5. rearanjați electronii atomilor exteriori pentru a face mai multe legături cu atomul central pentru a obține octeți ori de câte ori este posibil.

să determinăm structura Lewis a PBr3 folosind pașii de mai sus:

  • Pasul 1: determinați numărul total de electroni de valență (înveliș exterior).

\mare \ începe{array}{l} \ \ \ fantomă {\regulă{0.8 em}{0ex}} {\text{PBr}} _ {3} \ \ \ fantomă {\regulă{0.8 em}{0EX}} \ text{P: 5 electroni de valență/atom}\ori \text{1 atom}=5\\ \subliniere{+\text{Br: 7 electron de valență/atom}\ori \text{3 atomi}=21}\\ \\ \fantomă{\regulă{15.95em}{0EX}} = \ text{26 electroni de valență} \ end{array}

  • Pasul 2: Desenați o structură de schelet a moleculei, aranjând atomii în jurul unui atom central. (În general, elementul cel mai puțin electronegativ ar trebui plasat în centru.) Conectați fiecare atom la atomul central cu o singură legătură (o pereche de electroni).
Lewis diagrama PBr3 este prezentat. Un singur fosfor dezosat la trei atomi de brom.
  • Pasul 3: Distribuiți electronii rămași ca perechi singulare pe atomii terminali (cu excepția hidrogenului), completând un octet în jurul fiecărui atom.
  • Lewis doagram din PBr3. Un singur atom de fosfor legat de trei atomi de brom. Fiecare atom de brom are trei perechi singulare.Pasul 4: Plasați toți electronii rămași pe atomul central.
structura Lewis pentru PBr3 este prezentat. Toți atomii au octeți. Phorsphorus este legat individual de trei brom. atomul de phorphorus are o pereche singură, în timp ce fiecare brom are trei perechi singure.

notă: Pasul 5: nu este necesar, deoarece toți atomii au un octet.

să determinăm structura Lewis a CH2O.

  • Pasul 1: Determinați numărul total de electroni de valență (înveliș exterior).

\mare \începe{array}{l}\\ \fantomă{\regulă{0.8 em}{0EX}}{\text{H}_{2}}\text{CO}\\ \fantomă{\regulă{0.8 em}{0EX}}\text{H: 1 electron de valență/atom}\ori \text{2 atom}=2\\\text{C: 4 electroni de valență/atom}\ori \text{1 atom}=4\\ \subliniere{+\text{o: 6 electroni de valență/atom}\timpi \text{1 atomi}=6}\\ \\ \fantomă{\regulă{15.95 em}{0EX}}=\text{12 electroni de valență}\sfârșit{matrice}

  • Pasul 2: Desenați o structură de schelet a moleculei, aranjând atomii în jurul unui atom central. (În general, elementul cel mai puțin electronegativ ar trebui plasat în centru.) Conectați fiecare atom la atomul central cu o singură legătură (o pereche de electroni).

diagrama Lewis prezentată. Atomul Central este carbonul, legat de un oxigen și doi hidrogeni.
  • Pasul 3: Distribuiți electronii rămași ca perechi singulare pe atomii terminali (cu excepția hidrogenului), completând un octet în jurul fiecărui atom.
  • Pasul 4: nu este necesar, deoarece toți electronii au fost plasați. Cu toate acestea, carbonul nu are un octet,
  • Pasul 5: Rearanjați electronii atomilor exteriori pentru a face mai multe legături cu atomul central pentru a obține octeți ori de câte ori este posibil.

Exemplul 1: Scrierea structurilor Lewis

Misiunea Cassini-Huygens a NASA a detectat un nor mare de cianură de hidrogen toxică (HCN) pe Titan, una dintre lunile lui Saturn. Care sunt structurile Lewis ale acestor molecule?

arată Pasul 1

Pasul 1: Calculați numărul de electroni de valență.
HCN: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

arată Pasul 2

Pasul 2. Desenați un schelet și conectați atomii cu legături unice. Amintiți-vă că H nu este niciodată un atom central:

arată Pasul 3

Pasul 3: acolo unde este necesar, Distribuiți electroni atomilor terminali:

HCN: șase electroni plasați pe N

arată Pasul 4

Pasul 4: acolo unde este necesar, plasați electronii rămași pe atomul central:

HCN: nu rămân electroni

arată Pasul 5

Pasul 5: Acolo unde este necesar, rearanjați electronii pentru a forma mai multe legături pentru a obține un octet pe fiecare atom:
HCN: formați încă două legături C-N

verificați învățarea

dioxidul de Carbon, CO2, este un produs al arderii combustibililor fosili. CO2 a fost implicat în schimbările climatice globale. Care este structura Lewis a CO2?

arată răspunsul

conceptele cheie și rezumatul

structurile electronice de valență pot fi vizualizate prin desenarea simbolurilor Lewis (pentru atomi și ioni monatomici) și a structurilor Lewis (pentru molecule și ioni poliatomici). Perechi singuratice, electroni nepereche și legături simple, duble sau triple sunt utilizate pentru a indica unde electronii de valență sunt localizați în jurul fiecărui atom într-o structură Lewis. Majoritatea structurilor—în special cele care conțin elemente din al doilea rând-respectă regula octetului, în care fiecare atom (cu excepția lui H) este înconjurat de opt electroni. Excepții de la regula octetului apar pentru moleculele de electroni impari (radicali liberi), molecule cu deficit de electroni și molecule hipervalente.

exerciții

  1. scrieți simbolurile Lewis pentru fiecare dintre următorii ioni:
    1. As3 –
    2. I–
    3. Be2 +
    4. O2–
    5. Ga3 +
    6. Li +
    7. N3–
  2. mulți ioni monatomici se găsesc în apa de mare, inclusiv ionii formați din următoarea listă de elemente. Scrieți simbolurile Lewis pentru ionii monatomici formați din următoarele elemente:
    1. Cl
    2. Na
    3. Mg
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. scrieți simbolurile Lewis ale ionilor în fiecare dintre următorii compuși ionici și simbolurile Lewis ale atomului din care sunt formați:
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. GaCl3
    4. K2O
    5. Li3N
    6. KF
  4. în structurile Lewis enumerate mai jos, M și X reprezintă diverse elemente în a treia perioadă a tabelului periodic. Scrieți formula fiecărui compus folosind simbolurile chimice ale fiecărui element:
    1. două structuri Lewis sunt prezentate una lângă alta, fiecare înconjurată de paranteze. Structura din stânga arată simbolul M cu un superscripted două semn pozitiv. Dreapta arată simbolul X înconjurat de patru perechi singure de electroni cu un semn negativ superscriptat în afara parantezelor.
    2. două structuri Lewis sunt prezentate una lângă alta, fiecare înconjurată de paranteze. Structura din stânga arată simbolul M cu un semn pozitiv superscriptat. Structura din dreapta arată simbolul X înconjurat de patru perechi singure de electroni cu un semn negativ superscriptat și un abonament trei ambele în afara parantezelor.
    3. două structuri Lewis sunt prezentate una lângă alta, fiecare înconjurată de paranteze. Structura din stânga arată simbolul M cu un semn pozitiv superscriptat și două abonate în afara parantezelor. Structura dreaptă arată simbolul X înconjurat de patru perechi de electroni singuri cu un semn negativ superscriptat în afara parantezelor.
    4. două structuri Lewis sunt prezentate una lângă alta, fiecare înconjurată de paranteze. Structura din stânga arată simbolul M cu un superscriptat trei semn pozitiv și un subscripted două în afara parantezelor. Structura din dreapta arată simbolul X înconjurat de patru perechi singuratice de electroni cu un superscripted două semn negativ și subscripted trei ambele în afara parantezelor.
  5. scrieți structura Lewis pentru molecula diatomică P2, o formă instabilă de fosfor Găsită în vaporii de fosfor la temperaturi ridicate.
  6. scrieți structuri Lewis pentru următoarele:
    1. H2
    2. HBr
    3. PCl3
  7. scrieți structuri Lewis pentru următoarele:
    1. O2
    2. H2CO
    3. AsF3
    4. SiCl4
răspunsuri selectate

1. Simbolul Lewis pentru fiecare ion este după cum urmează:

  1. opt electroni:
    o diagramă Lewis punct arată simbolul pentru arsenic, A s, înconjurat de opt puncte și un superscripted trei semn negativ.
  2. opt electroni:
    o diagramă Lewis dot arată simbolul pentru iod, i, înconjurat de opt puncte și un semn negativ superscriptat.
  3. fără electroni Be2+
  4. opt electroni:
    o diagramă punct Lewis arată simbolul pentru oxigen, O, înconjurat de opt puncte și un superscripted două semn negativ.
  5. fără electroni Ga3+
  6. fără electroni Li+
  7. opt electroni:
    o diagramă Lewis Dot arată simbolul pentru azot, N, înconjurat de opt puncte și un superscriptat trei semn negativ.

3. Simbolurile Lewis sunt după cum urmează:

  1. sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga arată simbolul M g cu un superscripted două semn pozitiv în timp ce dreapta arată simbolul S înconjurat de opt puncte și un superscripted două semn negativ.
  2. sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga arată simbolul A L cu un superscripted trei semn pozitiv în timp ce dreapta arată simbolul o înconjurat de opt puncte și un superscripted două semn negativ.
  3. sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga arată simbolul G A cu un semn pozitiv superscriptat trei, în timp ce dreapta arată simbolul C L înconjurat de opt puncte și un semn negativ superscriptat.
  4. sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga arată simbolul K cu un semn pozitiv superscriptat, în timp ce dreapta arată simbolul o înconjurat de opt puncte și un semn negativ superscriptat.
  5. sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga arată simbolul L i cu un semn pozitiv superscriptat, în timp ce dreapta arată simbolul N înconjurat de opt puncte și un semn negativ superscriptat.
  6. sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga arată simbolul K cu un semn pozitiv superscriptat, în timp ce dreapta arată simbolul F înconjurat de opt puncte și un semn negativ superscriptat.

o diagramă Lewis arată doi atomi de fosfor triplu legați împreună fiecare cu o singură pereche de electroni.

7. Structurile Lewis sunt după cum urmează:

  1. O2:
    o structură Lewis arată doi atomi de oxigen legați dublu împreună și fiecare are două perechi de electroni singuri.
    în acest caz, structura Lewis este inadecvată pentru a descrie faptul că studiile experimentale au arătat doi electroni nepereche în fiecare moleculă de oxigen.
  2. H2CO:
    o structură Lewis arată un atom de carbon care este singur legat de doi atomi de hidrogen și dublu legat de un atom de oxigen. Atomul de oxigen are două perechi de electroni singuri.
  3. AsF3:
    o structură Lewis prezintă un atom de arsen singur legat de trei atomi de fluor. Fiecare atom de fluor are o singură pereche de electroni.
  4. SiCl4:
    o structură Lewis prezintă un atom de siliciu care este legat singur la patru atomi de clor. Fiecare atom de clor are trei perechi de electroni singuri.
    sunt prezentate două structuri Lewis. Stânga descrie un atom de carbon singur legat de patru atomi de clor, fiecare cu trei perechi singure de electroni. Dreapta arată un atom de carbon dublu legat de un atom de oxigen care are două perechi singure de electroni. Atomul de carbon este, de asemenea, legat unic de doi atomi de clor, fiecare dintre ei având trei perechi de electroni singuri.

Glosar

legătură dublă: legătură covalentă în care două perechi de electroni sunt împărțite între doi atomi

radical liber: moleculă care conține un număr impar de electroni

moleculă hipervalentă: moleculă care conține cel puțin un element de grup principal care are mai mult de opt electroni în învelișul său de valență

structura Lewis: diagramă care prezintă perechi singulare și perechi de electroni care leagă 9316>

simbolul Lewis: simbol pentru un element sau ion monatomic care folosește un punct pentru a reprezenta fiecare electron de valență din element sau ion

pereche singuratică: doi (o pereche de) electroni de valență care nu sunt folosiți pentru a forma o legătură covalentă

regula octetului: ghid care afirmă că atomii grupului principal vor forma structuri în care opt electroni de valență interacționează cu fiecare nucleu, numărând electronii de legătură ca interacționând cu ambii atomi conectați prin legătura

legătură unică: legătură în o singură pereche de electroni este împărțită între doi atomi

legătură triplă: legătură în care trei perechi de electroni sunt împărțite între doi atomi

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.