Introduktionskemi

Posted on by admin

inlärningsmål

i slutet av detta avsnitt kommer du att kunna:

  • skriv Lewis-symboler för neutrala atomer och joner
  • Rita Lewis-strukturer som visar bindningen i enkla molekyler

vi har diskuterat de olika typerna av bindningar som bildas mellan atomer och/eller joner. I alla fall involverar dessa bindningar delning eller överföring av valensskalelektroner mellan atomer. I det här avsnittet kommer vi att undersöka den typiska metoden för att skildra valensskalelektroner och kemiska bindningar, nämligen Lewis-symboler och Lewis-strukturer.

Lewis-symboler

vi använder Lewis-symboler för att beskriva valenselektronkonfigurationer av atomer och monatomiska joner. En Lewis-symbol består av en elementär symbol omgiven av en punkt för var och en av dess valenselektroner:

en Lewis-struktur av kalcium visas. Ett ensamt par elektroner visas till höger om symbolen.

Figur 1 visar Lewis-symbolerna för elementen i den tredje perioden i det periodiska systemet.

en tabell visas som har tre kolumner och nio rader. Rubrikraden läser

Figur 1. Lewis symboler som illustrerar antalet valenselektroner för varje element i den tredje perioden av det periodiska systemet.

Lewis-symboler kan också användas för att illustrera bildandet av katjoner från atomer, som visas här för natrium och kalcium:

två diagram visas. Det vänstra diagrammet visar en Lewis-punktstruktur av natrium med en punkt, sedan en högervänd pil som leder till en natriumsymbol med ett överskrivet plustecken, ett plustecken och bokstaven

på samma sätt kan de användas för att visa bildandet av anjoner från atomer, som visas nedan för klor och svavel:

två diagram visas. Det vänstra diagrammet visar en Lewis-punktstruktur av klor med sju prickar och bokstaven

Figur 2 visar användningen av Lewis-symboler för att visa överföringen av elektroner under bildandet av joniska föreningar.

en tabell visas med fyra rader. Rubrikraden läser

Figur 2. Katjoner bildas när atomer förlorar elektroner, representerade av färre Lewis-prickar, medan anjoner bildas av atomer som får elektroner. Det totala antalet elektroner ändras inte.

Lewis-strukturer

vi använder också Lewis-symboler för att indikera bildandet av kovalenta bindningar, som visas i Lewis-strukturer, ritningar som beskriver bindningen i molekyler och polyatomiska joner. Till exempel, när två kloratomer bildar en klormolekyl, delar de ett par elektroner:

ett Lewis-punktdiagram visar en reaktion. Två klorsymboler, var och en omgiven av sju prickar är åtskilda av ett plustecken. Prickarna på den första atomen är alla svarta och prickarna på den andra atomen läses alla. Frasen,

Lewis-strukturen indikerar att varje Cl-atom har tre par elektroner som inte används i bindning (kallas ensamma par) och ett delat elektronpar (skrivet mellan atomerna). Ett streck (eller linje) används ibland för att indikera ett delat elektronpar:

två Lewis-strukturer visas. Den vänstra strukturen visar två H-atomer förbundna med en enda bindning. Den högra strukturen visar två C l-atomer förbundna med en enda bindning och var och en omgiven av sex prickar.

ett enda delat par elektroner kallas en enda bindning. Varje CL-atom interagerar med åtta valenselektroner: de sex i de ensamma paren och de två i singelbindningen.

oktettregeln

de andra halogenmolekylerna (F2, Br2, I2 och At2) bildar bindningar som de i klormolekylen: en enda bindning mellan atomer och tre ensamma par elektroner per atom. Detta gör att varje halogenatom kan ha en ädelgaselektronkonfiguration. Tendensen hos huvudgruppatomer att bilda tillräckligt med bindningar för att erhålla åtta valenselektroner är känd som oktettregeln.

antalet bindningar som en atom kan bilda kan ofta förutsägas från antalet elektroner som behövs för att nå en oktett (åtta valenselektroner); detta gäller särskilt icke-metallerna i den andra perioden i det periodiska systemet (C, N, O och F). Till exempel har varje atom i ett Grupp 14-element fyra elektroner i sitt yttersta skal och kräver därför ytterligare fyra elektroner för att nå en oktett. Dessa fyra elektroner kan erhållas genom att bilda fyra kovalenta bindningar, som illustreras här för kol i CCl4 (koltetraklorid) och kisel i SiH4 (silan). Eftersom väte bara behöver två elektroner för att fylla sitt valensskal, är det ett undantag från oktettregeln. Övergångselementen och de inre övergångselementen följer inte heller oktettregeln:

två uppsättningar av Lewis dot strukturer visas. De vänstra strukturerna visar fem Cl-symboler i en korsform med åtta prickar runt vardera, ordet

Grupp 15 element som kväve har fem valenselektroner i atom Lewis-symbolen: ett ensamt Par och tre oparade elektroner. För att erhålla en oktett bildar dessa atomer tre kovalenta bindningar, som i NH3 (ammoniak). Syre och andra atomer i Grupp 16 erhåller en oktett genom att bilda två kovalenta bindningar:

tre Lewis-strukturer märkta,

dubbel-och trippelbindningar

som tidigare nämnts, när ett par atomer delar ett par elektroner, kallar vi detta en enda bindning. Ett par atomer kan dock behöva dela mer än ett par elektroner för att uppnå den erforderliga oktetten. En dubbelbindning bildas när två par elektroner delas mellan ett par atomer, mellan kol-och syreatomerna i CH2O (formaldehyd) och mellan de två kolatomerna i C2H4 (etylen):två par Lewis-strukturer visas. Det vänstra paret av strukturer visar en kolatom som bildar enkelbindningar till två väteatomer. Det finns fyra elektroner mellan C-atomen och en o-atom. O-atomen har också två par prickar. Ordet

en trippelbindning bildas när tre elektronpar delas av ett par atomer, som i kvävgas (N2):

skriva Lewis-strukturer med oktettregeln

för mycket enkla molekyler och molekylära joner kan vi skriva Lewis-strukturerna genom att bara para ihop de oparade elektronerna på de ingående atomerna. Se dessa exempel:

tre reaktioner visas med Lewis dot-diagram. Den första visar ett väte med en röd prick, ett plustecken och en brom med sju prickar, varav en är röd, ansluten med en högervänd pil till ett väte och brom med ett par röda prickar däremellan. Det finns också tre ensamma par på brom. Den andra reaktionen visar ett väte med en koefficient på två och en röd prick, ett plustecken och en svavelatom med sex prickar, varav två är röda, förbundna med en högervänd pil till två väteatomer och en svavelatom. Det finns två röda prickar mellan de två väteatomerna och svavelatomen. Båda paren av dessa prickar är röda. Svavelatomen har också två ensamma par prickar. Den tredje reaktionen visar två kväveatomer vardera med fem prickar, varav tre är röda, åtskilda av ett plustecken och förbundna med en högervänd pil till två kväveatomer med sex röda elektronpunkter mellan varandra. Varje kväveatom har också ett ensamt par elektroner.

för mer komplicerade molekyler och molekylära joner är det bra att följa steg-för-steg-proceduren som beskrivs här:

  1. bestäm det totala antalet valenselektroner (yttre skal).
  2. rita en skelettstruktur av molekylen, arrangera atomerna runt en central atom. (I allmänhet bör det minst elektronegativa elementet placeras i mitten.) Anslut varje atom till den centrala atomen med en enda bindning (ett elektronpar).
  3. fördela de återstående elektronerna som ensamma par på terminalatomerna (utom väte) och slutföra en oktett runt varje atom.
  4. placera alla återstående elektroner på den centrala atomen.
  5. omorganisera elektronerna i de yttre atomerna för att göra flera bindningar med den centrala atomen för att erhålla oktetter där det är möjligt.

Låt oss bestämma Lewis-strukturen för PBr3 med hjälp av stegen ovan:

  • Steg 1: Bestäm det totala antalet valenselektroner (yttre skal).

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

  • steg 2: rita en skelettstruktur av molekylen, arrangera atomerna runt en central atom. (I allmänhet bör det minst elektronegativa elementet placeras i mitten.) Anslut varje atom till den centrala atomen med en enda bindning (ett elektronpar).
Lewis diagram över PBr3 visas. Den enda fosfor urbenat till tre bromatomer.
  • steg 3: fördela de återstående elektronerna som ensamma par på terminalatomerna (utom väte) och slutföra en oktett runt varje atom.
  • Lewis doagram av PBr3. En enda fosforatom bunden till tre bromatomer. Varje bromatom har tre ensamma par. steg 4: Placera alla återstående elektroner på den centrala atomen.
Lewis struktur för PBr3 visas. Alla atomer har oktetter. Phorphorus atomen har ett ensamt par, medan varje brom har tre ensamma par.

Obs: Steg 5: behövs inte eftersom alla atomer har en oktett.

Låt oss bestämma Lewis-strukturen för CH2O.

  • Steg 1: Bestäm det totala antalet Valens (yttre skal) 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}\gånger \text{2 atom}=2\\\text{C: 4 valenselektroner/atom}\gånger \text{1 atom}=4\\ \understryka{+\text{o: 6 valenselektroner/atom}\gånger \text{1 atomer}=6}\\ \\ \fantom{\rule{15.95 em}{0EX}}=\text{12 valenselektroner}\end{array}

  • steg 2: rita en skelettstruktur av molekylen, arrangera atomerna runt en central atom. (I allmänhet bör det minst elektronegativa elementet placeras i mitten.) Anslut varje atom till den centrala atomen med en enda bindning (ett elektronpar).
Lewis diagram visas. Central atom är kol, bunden till ett syre och två väten.
  • steg 3: fördela de återstående elektronerna som ensamma par på terminalatomerna (utom väte) och slutföra en oktett runt varje atom.
  • steg 4: behövs inte, eftersom alla elektroner har placerats. Kol har emellertid inte en oktett,
  • Steg 5: Omorganisera elektronerna hos de yttre atomerna för att göra flera bindningar med den centrala atomen för att erhålla oktetter där det är möjligt.

exempel 1: Att skriva Lewis-strukturer

NASA: s Cassini-Huygens-uppdrag upptäckte ett stort moln av giftig vätecyanid (HCN) på Titan, en av Saturnus månar. Vad är Lewis-strukturerna för dessa molekyler?

visa steg 1

Steg 1: Beräkna antalet valenselektroner.
HCN: (1 × 1) + (4 × 1) + (5 × 1) = 10

visa steg 2

steg 2. Rita ett skelett och anslut atomerna med enkelbindningar. Kom ihåg att H aldrig är en central atom:

visa steg 3

steg 3: vid behov fördela elektroner till terminalatomerna:

HCN: sex elektroner placerade på N

visa steg 4

steg 4: placera kvarvarande elektroner på den centrala atomen där det behövs:

HCN: inga elektroner kvar

visa steg 5

Steg 5: Om det behövs, ordna om elektroner för att bilda flera bindningar för att erhålla en oktett på varje atom:
HCN: bilda ytterligare två C – n-bindningar

kontrollera ditt lärande

koldioxid, CO2, är en produkt av förbränning av fossila bränslen. CO2 har varit inblandad i globala klimatförändringar. Vad är Lewis-strukturen för CO2?

Visa svar

nyckelbegrepp och sammanfattning

Valens elektroniska strukturer kan visualiseras genom att rita Lewis-symboler (för atomer och monatomiska joner) och Lewis-strukturer (för molekyler och polyatomiska joner). Ensamma par, oparade elektroner och enkel -, dubbel-eller trippelbindningar används för att indikera var valenselektronerna finns runt varje atom i en Lewis-struktur. De flesta strukturer—särskilt de som innehåller andra radelement—följer oktettregeln, där varje atom (utom H) omges av åtta elektroner. Undantag från oktettregeln förekommer för odd-elektronmolekyler (fria radikaler), elektronbristande molekyler och hypervalenta molekyler.

övningar

  1. skriv Lewis-symbolerna för var och en av följande joner:
    1. As3 –
    2. I –
    3. Be2 +
    4. O2 –
    5. Ga3 +
    6. Li +
    7. N3–
  2. många monatomiska joner finns i havsvatten, inklusive joner bildade från följande lista över element. Skriv Lewis-symbolerna för de monatomiska joner som bildas av följande element:
    1. Cl
    2. Na
    3. Mg
    4. Ca
    5. K
    6. Br
    7. Sr
    8. F
  3. skriv Lewis-symbolerna för jonerna i var och en av följande joniska föreningar och Lewis-symbolerna för atomen från vilken de bildas:
    1. MgS
    2. Al2O3
    3. GaCl3
    4. K2O
    5. Li3N
    6. KF
  4. i Lewis-strukturerna som anges nedan representerar M och X olika element i den tredje perioden av det periodiska systemet. Skriv formeln för varje förening med de kemiska symbolerna för varje element:
    1. två Lewis-strukturer visas sida vid sida, var och en omgiven av parentes. Den vänstra strukturen visar symbolen M med ett överskrivet två positiva tecken. Höger visar symbolen X omgiven av fyra ensamma elektronpar med ett överskrivet två negativa tecken utanför parenteserna.
    2. två Lewis-strukturer visas sida vid sida, var och en omgiven av parentes. Den vänstra strukturen visar symbolen M med ett överskrivet tre positiva tecken. Den högra strukturen visar symbolen X omgiven av fyra ensamma elektronpar med ett överskrivet negativt tecken och en prenumererad tre båda utanför parenteserna.
    3. två Lewis-strukturer visas sida vid sida, var och en omgiven av parentes. Den vänstra strukturen visar symbolen M med ett överskrivet positivt tecken och en prenumererad två utanför parenteserna. Den högra strukturen visar symbolen X omgiven av fyra ensamma elektronpar med ett överskrivet två negativa tecken utanför parenteserna.
    4. två Lewis-strukturer visas sida vid sida, var och en omgiven av parentes. Den vänstra strukturen visar symbolen M med ett överskrivet tre positiva tecken och en prenumererad två utanför parenteserna. Den högra strukturen visar symbolen X omgiven av fyra ensamma elektronpar med ett överskrivet två negativa tecken och prenumererade tre båda utanför parenteserna.
  5. skriv Lewis-strukturen för den diatomiska molekylen P2, en instabil form av fosfor som finns i fosforånga med hög temperatur.
  6. skriv Lewis-strukturer för följande:
    1. H2
    2. HBr
    3. PCl3
  7. skriv Lewis-strukturer för följande:
    1. O2
    2. H2CO
    3. AsF3
    4. SiCl4
valda svar

1. Lewis-symbolen för varje jon är som följer:

  1. åtta elektroner:
    ett Lewis-punktdiagram visar symbolen för arsenik, A s, omgiven av åtta prickar och ett överskrivet tre negativa tecken.
  2. åtta elektroner:
    ett Lewis-punktdiagram visar symbolen för jod, I, omgiven av åtta prickar och ett överskrivet negativt tecken.
  3. inga elektroner Be2+
  4. åtta elektroner:
    ett Lewis-punktdiagram visar symbolen för syre, O, omgiven av åtta prickar och ett överskrivet två negativa tecken.
  5. inga elektroner Ga3+
  6. inga elektroner Li+
  7. åtta elektroner:
    ett Lewis-punktdiagram visar symbolen för kväve, N, omgiven av åtta prickar och ett överskrivet tre negativa tecken.

3. Lewis-symbolerna är som följer:

  1. två Lewis-strukturer visas. Den vänstra visar symbolen M g med en upphöjd två positiva tecken medan den högra visar symbolen S omgiven av åtta punkter och en upphöjd två negativa tecken.
  2. två Lewis-strukturer visas. Vänster visar symbolen A l med ett överskrivet tre positiva tecken medan höger visar symbolen O omgiven av åtta prickar och ett överskrivet två negativa tecken.
  3. två Lewis-strukturer visas. Vänster visar symbolen G A med ett överskrivet tre positiva tecken medan höger visar symbolen C l omgiven av åtta punkter och ett överskrivet negativt tecken.
  4. två Lewis-strukturer visas. Vänster visar symbolen K med ett överskrivet positivt tecken medan höger visar symbolen O omgiven av åtta punkter och ett överskrivet två negativa tecken.
  5. två Lewis-strukturer visas. Vänster visar symbolen L i med ett överskrivet positivt tecken medan höger visar symbolen N omgiven av åtta punkter och ett överskrivet tre negativa tecken.
  6. två Lewis-strukturer visas. Vänster visar symbolen K med ett överskrivet positivt tecken medan höger visar symbolen F omgiven av åtta punkter och ett överskrivet negativt tecken.

ett Lewis-diagram visar två fosforatomer trippelbundna ihop var och en med ett ensamt elektronpar.

7. Lewis-strukturerna är som följer:

  1. O2:
    en Lewis-struktur visar två syreatomer dubbla bundna ihop, och var och en har två ensamma par elektroner.
    i detta fall är Lewis-strukturen otillräcklig för att skildra det faktum att experimentella studier har visat två oparade elektroner i varje syremolekyl.
  2. H2CO:
    en Lewis-struktur visar en kolatom som är enkel bunden till två väteatomer och dubbel bunden till en syreatom. Syreatomen har två ensamma par elektroner.
  3. AsF3:
    en Lewis-struktur visar en arsenatom som är singel bunden till tre fluoratomer. Varje fluoratom har ett ensamt par elektroner.
  4. SiCl4:
    en Lewis-struktur visar en kiselatom som är enkel bunden till fyra kloratomer. Varje kloratom har tre ensamma par elektroner.
    två Lewis-strukturer visas. Vänster visar en kolatom som är singel bunden till fyra kloratomer, var och en med tre ensamma elektronpar. Höger visar en kolatom dubbel bunden till en syreatom som har två ensamma par elektroner. Kolatomen är också singel bunden till två kloratomer, som var och en har tre ensamma par elektroner.

ordlista

dubbelbindning: kovalent bindning där två par elektroner delas mellan två atomer

fri radikal: molekyl som innehåller ett udda antal elektroner

hypervalent molekyl: molekyl som innehåller minst ett huvudgruppselement som har mer än åtta elektroner i sitt valensskal

Lewis struktur: diagram som visar ensamma par och bindningspar av elektroner i en molekyl eller en jon

Lewis symbol: symbol för ett element eller monatomisk jon som använder en punkt för att representera varje valenselektron i elementet eller Jonen

ensampar: två (ett par) valenselektroner som inte används för att bilda en kovalent bindning

oktettregel: riktlinje som anger huvudgruppatomer kommer att bilda strukturer där åtta valenselektroner interagerar med varje kärna, räknar bindningselektroner som interagerar med båda atomerna som är förbundna med bindningen

enkelbindning: bindning där en enstaka elektronpar delas mellan två atomer

trippelbindning: bindning där tre par elektroner delas mellan två atomer

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.