Valenční elektrony a chemická vazba

Podobné dokumenty
Orbitaly ve víceelektronových atomech

Vazby v pevných látkách


CHEMICKÁ VAZBA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118

Molekuly 1 12/4/2011. Molekula definice IUPAC. Molekuly. Proč existují molekuly? Kosselův model. Představy o molekulách

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Chemická vazba. Příčinou nestability atomů a jejich ochoty tvořit vazbu je jejich elektronový obal.

Chemická vazba. Důvody pro vazbu = menší energie atomů ve vázaném stavu než energie jednotlivých oddělených atomů

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Ch - Elektronegativita, chemická vazba

3) Vazba a struktura. Na zaslal(a): Lenka

Periodická soustava prvků

Opakování

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

Chemická vazba. John Dalton Amadeo Avogadro

ATOM. atom prvku : jádro protony (p + ) a neutrony (n) obal elektrony (e - ) protonové číslo 8 nukleonové číslo 16 (8 protonů + 8 neutronů v jádře)

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

John Dalton Amadeo Avogadro

Periodický systém víceelektronové systémy elektronová konfigurace periodický systém periodicita fyzikálních a chemických vlastností

Teorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul.

Částicové složení látek atom,molekula, nuklid a izotop

Struktura elektronového obalu

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

Geochemie endogenních procesů 1. část

Masarykova střední škola zemědělská a Vyšší odborná škola, Opava, příspěvková organizace

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů.

Periodická soustava prvků

Periodický systém víceelektronové systémy elektronová konfigurace periodický systém periodicita fyzikálních a chemických vlastností

Periodická tabulka prvků

6.3.2 Periodická soustava prvků, chemické vazby

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í CHEMICKÁ VAZBA

2. Polarita vazeb, rezonance, indukční a mezomerní

Periodická soustava prvků Prvky známé od nepaměti: Au, Ag, Fe, S, C, Zn, Cu, Sn, Pb, Hg, Bi P první objevený prvek, Hennig Brand (1669) Lavoisier

ANODA KATODA elektrolyt:

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

02 Nevazebné interakce

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Termochemie se zabývá tepelným zabarvením chemických reakcí Vychází z 1. termodynamického zákona. U změna vnitřní energie Q teplo W práce

FYZIKA 6. ročník 1_Látka a těleso _Vlastnosti látek _Vzájemné působení těles _Gravitační síla... 4 Gravitační pole...

Mol. fyz. a termodynamika

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Chemické repetitorium. Václav Pelouch

Metodika pro učitele Chemická vazba pro ZŠ (teoretické cvičení s tablety)

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: CHEMIE PRVNÍ Mgr. Tomáš MAŇÁK 15. června Název zpracovaného celku: CHEMICKÁ VAZBA

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Chemie - 3. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

PRACOVNÍ LIST: OPAKOVÁNÍ UČIVA 6. ROČNÍKU

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

anorganických sloučenin Iontové rovnice MUDr.Jan Pláteník, PhD Stavba hmoty: Atom Molekula Ion Sloučenina

anorganických sloučenin Iontové rovnice MUDr. Jan Pláteník, PhD. Stavba hmoty: Atom Molekula Ion Sloučenina

Chemická vazba. Důvody pro vazbu = menší energie atomů ve vázaném stavu než energie jednotlivých oddělených atomů

Stavba atomu. Created with novapdf Printer ( Please register to remove this message.

Chemická vazba. Důvody pro vazbu = menší energie atomů ve vázaném stavu než energie jednotlivých oddělených atomů

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Atomové jádro, elektronový obal

Tvary víceatomových molekul. Nevazebné mezimolekulové interakce

2. Atomové jádro a jeho stabilita

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9.

Přednáška 3. Povrchové procesy: vazby molekul a atomů, fyzikální a chemická sorpce a desorpce, adsorpční izotermy. Martin Kormunda

VLASTNOSTI KOVŮ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Termochemie. Katedra materiálového inženýrství a chemie A Ing. Martin Keppert Ph.D.

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

Prvky,směsi -pracovní list

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější.

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Kyselost, bazicita, pka

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte:

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

MO 1 - Základní chemické pojmy

TERMOCHEMIE, TERMOCHEMICKÉ ZÁKONY, TERMODYNAMIKA, ENTROPIE

Transkript:

Valenční elektrony a chemická vazba Ve vnější energetické hladině se nacházejí valenční elektrony, které se mohou podílet na tvorbě chemické vazby. Valenční elektrony často znázorňujeme pomocí teček kolem značky prvku (= Lewisova struktura). Existují tři základní typy chemické vazby: - Iontová vazba, založená na elektrostatickém přitahování opačně nabitých iontů (Nal) - Kovalentní vazba, která vzniká sdílením jednoho nebo více valenčních elektronů (l 2 ) - Kovová vazba, u které jsou valenční elektrony sdíleny více atomy v krystalické mřížce kovu (Ag) Zápis valenčních elektronů v Lewisově symbolice 1

Iontová vazba Ve sloučenině s iontovou vazbou existují kladně a záporně nabité ionty (kationty a anionty), které si navzájem kompenzují náboj sloučenina musí být elektroneutrální. Sloučeniny s iontovou vazbou jsou typicky soli, tvořící za běžných podmínek krystaly s vysokou teplotou tání. Iontovou vazbu lze chápat jako kombinaci neutrálních atomů, při které dojde k transferu jednoho nebo více elektronů od jednoho atomu k druhému (popř. k několika). Reakce za vzniku iontů Atomy se mění na ionty je-li jeden nebo více elektronů předáno z jednoho atomu na jiný. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 K + K + - [Ar] 1s 2 2s 2 2p 5 1s 2 2s 2 2p 6 [Ne] K K + + e - e - + - K + + - K + - 2

Oktetové pravidlo Elektronová konfigurace mnoha iontů odpovídá konfiguraci vzácného plynu. Oktetové pravidlo: Prvky hlavní skupiny (s a p) přijímají, ztrácejí nebo sdílí elektrony tak, aby dosáhly valenčního oktetu (osm elektronů ve zcela zaplněné valenční slupce). Např. elektronová konfigurace obou částic v Kl je: K + má konfiguraci [Ar] l má konfiguraci [Ar] Další elektrony v atomu se obvykle chemické vazby neúčastní. Na Na + Oktetové pravidlo je zvláště důležité u sloučenin s nekovy. Mg Mg 2+ O O 2- Energie iontové vazby Když se přiblíží draslíkový a chlorový atom, dojde k výměně elektronu: K(g) K + (g) + e l(g)+ e l (g) K(g)+l(g) K + (g) + l (g) E i = +418 kj E ea = 349 kj E = + 69 kj Pozitivní energie E reakce není energeticky přípustná (neproběhne samovolně). ybnou silou procesu tudíž musí být tvorba krystalické tuhé fáze: K + (g) + l (g) Kl(s) 3

Bornův-aberův cyklus a mřížková energie elková energetická změna při vzniku krystalické fáze může být určena z Bornova-aberova cyklu, který zahrnuje všechny postupné kroky při vzniku krystalu z prvků. Např. pro krystalický Kl najdeme: 1. Sublimace draslíku K(s) K(g) + 892. kj 2. Disociace chloru 1/ 2 l (g) l(g) + 122 kj 2 3. Ionizace draslíku (E i ) K(g) K + + e + 418 kj 4. Vznik l - aniontu (E ea ) l + e l 3486. kj 5. Vznik tuhého Kl K + (g) + l (g) Kl(s) 715 kj Suma reakcí a energií K(s) + 1/ 2l (g) Kl(s) 4344. kj 2 elková energie 434 kj/mol potvrzuje že jde o energeticky výhodný proces. Energie 5. kroku je (záporná) mřížková energie. Mřížková energie: energie potřebná k rozrušení iontové vazby a sublimaci iontů (je vždy kladná). Př.: Určete mřížkovou energii Bal 2 je-li sublimační entalpie Ba 150.9 kj/mol, jeho 1. a 2. ionizační energie 502, resp. 966 kj/mol. Slučovací entalpie Bal 2 (s) z prvků je 806.06 kj/mol. Bornův-aberův cyklus pro určení mřížkové energie o o o overall = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 o o o 4

Kovalentní vazba Odpudivé síly mezi elektrony mohou být překonány přitažlivými silami elektronů a dvou atomových jader. Stabilní vazba vznikne v uspořádání s nejnižší energií (nižší než odpovídá dvěma separovaným atomům). Pevnost kovalentní vazby: Porušení vazby zvýší celkovou energii systému, k tomuto účelu tedy musí být energie dodána zvenčí. - (g) 2(g) = 432 kj Látky s iontovou vs. kovalentní vazbou Iontové látky mají vysoký bod tání a varu a za běžných podmínek bývají krystalické; Sloučeniny s kovalentní vazbou mají obvykle nižší bod tání a varu protože přitažlivé síly mezi molekulami jsou relativně slabé. Možnosti vzniku kovalentní vazby Oktet může být zaplněn sdílenými elektrony každého atomu nebo jeden z atomů může poskytnout oba vazebné elektrony. Př.: + + N 3 N + 4 koordinačně-kovalentní vazba B3 + B4 Pokud atomy tvořící vazbu nemají k dispozici dostatek elektronů, může vzniknout násobná vazba. O=O N N Násobné vazby jsou kratší a silnější než vazby jednoduché. 5

Lewisovy struktury víceatomových molekul Procedura u komplikovanějších molekul: Určit celkový počet valenčních elektronů každého atomu. Shromáždit atomy kolem centrálního atomu (tj. atomu s nejnižší elektronegativitou). Naplnit oktet u atomů vázaných na centrální atom. Naplnit oktet u centrálního atomu přiřazením zbylých elektronů do nevazebných elektronových párů, případně doplnit násobné vazby. Lewisova struktura příklady (N 3 ) 1. N je méně elektronegativní než, tedy N bude centrální atom 2. Spočítat valenční elektrony: N - 5 (2s 2 2p 3 ) a - 7 (2s 2 2p 5 ) 5 + (3 x 7) = 26 valenčních elektronů 3. Nakreslit jednoduchou vazbu mezi atomy N a a doplnit na nich oktet 4. Kontrola, zda je počet e - v této struktuře roven počtu valenčních e - : 3 jednoduché vazby (3x2) + 10 volných párů (10x2) = 26 elektronů N 6

Lewisova struktura příklady (O 3 2- ) 1. je méně elektronegativní než O, tedy bude centrální atom 2. Spočítat valenční elektrony: - 4 (2s 2 2p 2 ) a O - 6 (2s 2 2p 4 ), náboj - 2 4 + (3 x 6) + 2 = 24 valenčních elektronů 3. Nakreslit jednoduchou vazbu mezi atomy a O a doplnit na nich oktet 4. Kontrola, zda je počet e- v této struktuře roven počtu valenčních e- : 3 jednoduché vazby (3x2) + 10 volných párů (10x2) = 26 elektronů O O O Lewisova struktura příklady (O 3 2- ) 1. je méně elektronegativní než O, tedy bude centrální atom 2. Spočítat valenční elektrony: - 4 (2s 2 2p 2 ) a O - 6 (2s 2 2p 4 ), náboj - 2 4 + (3 x 6) + 2 = 24 valenčních elektronů 3. Nakreslit jednoduchou vazbu mezi atomy a O a doplnit na nich oktet 4. Kontrola, zda je počet e- v této struktuře roven počtu valenčních e- : 3 jednoduché vazby (3x2) + 10 volných párů (10x2) = 26 elektronů 5. Příliš mnoho elektronů: doplnit násobnou vazbu a znovu zkontrolovat počet e - 2 jednoduché vazby (2x2) = 4 O O 1 dvojná vazby = 4 8 volných párů (8x2) = 16 O celkem = 24 7

Struktura a formální náboje ormální náboj (atomu) je hypotetický náboj za předpokladu rovnoměrného sdílení elektronů v chemické vazbě. Volné elektronové páry patří k příslušnému atomu. Znalost formálních nábojů umožňuje odhadnout pravděpodobnou strukturu a umístění násobných vazeb: ormální náboje by měly být co nejbližší nule. Případné záporné formální náboje by měly být u atomů s nejvyšší a kladné u atomů s nejnižší elektronegativitou. Lewisova struktura příklady (formaldehyd) O O Dvě možné skeletové struktury formaldehydu ( 2 O). Rozlišení provedeme pomocí formálního náboje jednotlivých atomů: formální náboj atomu v Lewisově sktruktuře = počet valenčních elektronů ve - počet nevazebných elektronů volném atomu - 1 2 ( ) počet vazebných elektronů 8

Lewisova struktura příklady (formaldehyd) -1 +1 O 4 e - O 6 e - 2 2x1 e - 12 e - 2 jednoduché v. (2x2) = 4 1 dvojná v. = 4 2 volné páry (2x2) = 4 celkem = 12 formální náboj atomu v Lewisově sktruktuře = počet valenčních elektronů ve - počet nevazebných elektronů volném atomu - 1 počet 2 ( ) vazebných elektronů formální náboj na formální náboj na O = 4-2 -½ x 6 = -1 = 6-2 -½ x 6 = +1 Lewisova struktura příklady (formaldehyd) 0 0 O 4 e - O 6 e - 2 2x1 e - 12 e - 2 jednoduché v. (2x2) = 4 1 dvojná v. = 4 2 volné páry (2x2) = 4 celkem = 12 formální náboj atomu v Lewisově sktruktuře = počet valenčních elektronů ve - počet nevazebných elektronů volném atomu - 1 počet 2 ( ) vazebných elektronů formální náboj na formální náboj na O = 4-0 -½ x 8 = 0 = 6-4 -½ x 4 = 0 9

Strukturní rezonance V některých případech lze nakreslit více vyhovujících (ekvivalentních) struktur. Př.: SO 2 : O=S-O a O-S=O. Obě struktury jsou stejně pravděpodobné. Skutečná struktura molekuly je rezonančním hybridem těchto ekvivalentních struktur. Experimenty ukazují že v karbonátovém iontu jsou ve skutečnosti všechny vazby -O stejné a mají hybridní charakter, odpovídající struktuře D: Rezonanční struktura benzenu 10

Výjimky z oktetového pravidla Ačkoli mnoho molekul splňuje oktetové pravidlo, existují výjimky kdy centrální atom má jiný počet elektronů než 8. Je-li centrální atom nekov ze třetí nebo vyšší periody, může být kolem shromážděno až 12 elektronů. Tyto prvky mají nezaplněnou podslupku d, kterou mohou využít k vazbě. Výjimky z oktetového pravidla - příklady N 5e - NO O 6e - N O 11e - Be 2 Be 2e - 2 2x1e - 4e - Be S 6 S 6e - 6 42e - 48e - S 6 jednoduchých v. (6x2) = 12 18 volných párů (18x2) = 36 celkem = 48 11

Disociační energie vazby Disociační energie chemické vazby, D energie potřebná k rozrušení jednoho molu příslušných vazeb v izolovaných molekulách v plynné fázi. Disociační energie vazby je vždy kladná (k rozrušení vazby je nutné energii dodat). Z vazebných energií lze odhadnout energetické změny neznámých reakcí vhodnou kombinací dílčích dějů a jim odpovídajících energetických změn (essův zákon). Použití disociačních energií vazeb Př.: Odhadněte slučovací teplo 2 O(g) z vazebných energií: 2 (g) + ½ O 2 (g) 2 O(g) =? odnoty vazebných energií z tabulek: (g) 2(g) ½ O=O (g) O(g) 2(g) + O(g) O (g) 2 (g) + ½ O 2 (g) 2 O(g) 1 = 432 kj 2 = 494/2 = 247 kj 2 3 = 2*459 kj = 239 kj experimentální hodnota = 241.8 kj 12

Použití disociačních energií vazeb Mezi dílčí procesy je často nezbytné zařadit fázovou změnu protože některé reaktanty nebo produkty nejsou plynné fázi. Př.: Vypočítejte slučovací entalpii l 4 (l). (s) + 2l 2 (g) l 4 (l) =? Dílčí reakce a jim odpovídající energie: (s) 2l l(g) (g) + 4l(g) l 4 (g) (s) + 2l 2 (g) (g) 4l(g) l 4 (g) l 4 (l) l 4 (l) 1 = 715 kj 2 = 480 3 = 1308 4 = 43 = 156 kj exp. = 139 kj odnoty disociačních energií vazeb 13