Budowa cząsteczki
Nakładanie dwóch orbitali typu s:
powstaje orbital molekularny typu σ
Typy wiązań chemicznych a sposób uzyskania korzystnej energetycznie konfiguracji elektronowej
Wiązanie kowalencyjne (atomowe) polega na uwspólnieniu pary lub par elektronowych. Uwspólniona para lub pary elektronowe znajdują się między rdzeniami atomów. Przyjęto umownie, że wiązanie kowalencyjne tworzy się, gdy różnica elektroujemności atomów pierwiastków (ΔE) tworzących to wiązanie jest niewielka lub równa zero (ΔE < 0,4). Jeżeli uwspólniono jedną parę elektronową, to wiązanie nazywamy pojedynczym,jeżeli uwspólniono dwie pary elektronowe – podwójnym, trzy – potrójnym, np.:...
Nakładanie dwóch orbitali: typu s i typu py:
powstaje orbital molekularny typu σ
Rodzaje wiązań chemicznych
Wiązanie chemiczne to oddziaływanie pomiędzy elektronami atomów (szczególnie elektronami walencyjnymi), prowadzące do powstania połączeń między atomami. Dzięki tworzeniu wiązań chemicznych możliwe jest powstawanie złożonych układów zbudowanych z wielu atomów. Przyczyną tworzenia wiązań chemicznych pomiędzy atomami jest ich dążenie do zmniejszenia energii i uzyskania trwałej konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego: a) helu – 2 elektrony na ostatniej powłoce ⇒...
Rząd wiązania
Z definicji to liczba par elektronów na orbitalach wiążących pomniejszona o liczbę par elektronów na orbitalach antywiążących. Rząd wiązania przyjmując wartość liczby całkowitej określa krotność wiązania. Jeżeli rząd wiązania wynosi zero, to cząsteczka nie istnieje (brak stabilności energetycznej). Rząd wiązania może przyjmować również wartości ułamkowe.
Nakładanie dwóch orbitali typu py:
powstaje orbital molekularny typu σ
Orbitale molekularne (cząsteczkowe)
Chcąc opisać stan elektronów w cząsteczce, należy wykorzystać funkcje falowe zwane orbitalami molekularnymi (cząsteczkowymi). Tworzenie orbitali cząsteczkowych – zgodnie z teorią orbitali molekularnych – polega na przedstawianiu ich w postaci liniowej kombinacji orbitali atomowych. Orbitale atomowe poddane liniowej kombinacji muszą spełniać następujące warunki: muszą mieć porównywalną energię, muszą wykazywać jednakową symetrię w stosunku do osi łączącej jądra atomów, muszą...
Cząsteczka metanu
CH4 LH = 4 + ½ (4 – 4 · 1) = 4 + 0 = 4 LH = 4 => orbitale walencyjne atomu węgla są w stanie hybrydyzacji sp 3 cząsteczka ma kształt tetraedryczny (brak wolnych par elektronowych na atomie węgla), czyli zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd
Orbitale cząsteczkowe
Tworzenie orbitali cząsteczkowych – zgodnie z teorią orbitali cząsteczkowych (molekularnych) – polega na przedstawianiu ich w postaci liniowej kombinacji walencyjnych orbitali atomowych różnych atomów. Orbitale atomowe podlegające kombinacji muszą spełniać następujące warunki: mieć porównywalną energię, wykazywać jednakową symetrię w stosunku do osi łączącej jądra atomowe (oś cząsteczki jest osią symetrii) i nakładać się w możliwie dużym stopniu. Orbitale cząsteczkowe dzielimy na:...
Rzeczywisty kształt cząsteczki
Zależy nie tylko od typu hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu centralnego, ale także od tego, czy dana hybryda jest wykorzystana do utworzenia wiązania z innym atomem, czy obsadzana przez wolną parę elektronową. Istotny wpływ na kształt cząsteczki ma właśnie obecność wolnych par elektronowych na atomie centralnym, o czym mówi tzw. teoria VSEPR. Do określania liczby hybryd, a tym samym typu hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu centralnego można stosować poniższy wzór, jeżeli...
Wiązanie metaliczne
Występuje w kryształach metali, stopach metali i związkach międzymetalicznych. Polega na elektrostatycznym oddziaływaniu rdzeni atomów metali ze swobodnie poruszającymi się elektronami (gaz elektronowy). Swobodne elektrony odpowiedzialne są za wysokie przewodnictwo elektryczne i cieplne metali, ich połysk, kowalność i ciągliwość.
Przykłady cząsteczek zawierających atom centralny w stanie hybrydyzacji: sp, sp2, sp3:
hybrydyzacja sp hybrydyzacja sp 2 hybrydyzacja sp 3 BeCl 2 CO 2 CO BF 3 , SO 3 trójkąt CH 4 , CCl 4 , NH 4 + kształt tetraedru SO 2 kształt kątowy NH 3 , PCl 3 , H 3 O + kształt piramidy trygonalnej H 2 O, H 2 S kształt kątowy
Nakładanie dwóch orbitali typu px lub typu pz:
powstaje orbital molekularny typu π
Wiązanie koordynacyjne
Jest szczególnym przypadkiem wiązania kowalencyjnego. Wiązanie to nazywane jest wiązaniem donorowo - akceptorowym, gdyż tworząca je para elektronowa pochodzi od jednego z atomów zwanego donorem, a atom ją przyjmujący zwany jest akceptorem. Wiązanie to ilustruje się strzałką skierowaną od donora do akceptora. Kation wodoru potrzebuje 2 elektronów do spełnienia reguły dubletu, atom azotu w cząsteczce amoniaku posiada już 8 elektronów, czyli spełniona jest dla niego reguła...
Hybrydyzacja orbitali atomowych
Hybrydyzacja to zabieg matematyczny polegający na kombinacji liniowej walencyjnych orbitali atomowych tego samego atomu. Otrzymane zhybrydyzowane orbitale są mieszaninami (hybrydami) orbitali wyjściowych i charakteryzują się jednakowym kształtem konturu i energią (co odróżnia je od orbitali, z których powstały). Typ hybrydyzacji określa, które walencyjne orbitale atomowe zostały poddane matematycznemu przekształceniu, a jednocześnie wyznacza rozmieszczenie przestrzenne powstałych hybryd....
Cząsteczka wody
H2O LH = 2 + ½ (6 – 2 · 1) = 2 + 2 = 4 LH = 4 => orbitale walencyjne atomu tlenu są w stanie hybrydyzacji sp 3 ponieważ na atomie tlenu są dwie wolne pary elektronowe, należy uwzględnić fakt, że pary te najsilniej się odpychają, oraz że odpychanie wolna para – para wiążąca jest silniejsze niż para wiążąca – para wiążąca; kąty między wiązaniami σzmniejszają się (104,5°) kształt cząsteczki wody nie będzie zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd, z których dwie opisują...
Wiązanie jonowe
Istotą wiązania jonowego jest elektrostatyczne oddziaływanie między przeciwnie naładowanymi jonami, powstającymi wskutek przeniesienia elektronu (elektronów) z atomu pierwiastka mniej elektroujemnego do atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego. Przyjmuje się umownie, że wiązanie jonowe powstaje między pierwiastkami znacznie różniącymi się elektroujemnością (ΔE >= 1,7). Rozważmy chlorek magnezu: W celu uzyskania konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego atom magnezu...
Teoria VSEPR
Budowa przestrzenna dwuatomowych cząsteczek (zarówno homoatomowychA 2 , jak i heteroatomowych AB) nie wymaga specjalnego komentarza; budowę cząsteczek wieloatomowych typu AB x najłatwiej przybliżyć, wykorzystując teorię VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion), czyli teorię odpychania par elektronów walencyjnych. Posługując się tą teorią można przewidzieć kształt cząsteczki. Rzeczywisty kształt cząsteczki zależy nie tylko od typu hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu...
Wiązanie wodorowe
Należy do oddziaływań międzycząsteczkowych lub wewnątrzcząsteczkowych. Wiązanie takie wytwarza się pomiędzy cząsteczkami związków zbudowanych z atomu wodoru (zgromadzony cząstkowy ładunek dodatni) połączonego z innym silnie elektroujemnym pierwiastkiem posiadającym niewiążące pary elektronowe (zgromadzony cząstkowy ładunek ujemny). Atomy biorące udział w tworzeniu wiązania wodorowego mogą należeć do tej samej cząsteczki lub do różnych cząsteczek, np.:
Cząsteczka amoniaku
NH3 LH = 3 + ½ (5 – 3 · 1) = 3 + 1 = 4 LH = 4 => orbitale walencyjne atomu azotu są w stanie hybrydyzacji sp 3 ponieważ na atomie azotu jest wolna para elektronowa, należy uwzględnić fakt, że odpychanie pomiędzy parą σ i wolną parą elektronową jest silniejsze niż odpychanie między parami σ, stąd kąty między wiązaniami σ zmniejszą się (~107°) kształt cząsteczki amoniaku nie będzie zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd, z których jedna opisuje wolną parę elektronów...