Jak powstają wiązania kowalencyjne?, Publikacje z Chemia

Pobierz Jak powstają wiązania kowalencyjne? i więcej Publikacje w PDF z Chemia tylko na Docsity!

Jak powstają wiązania kowalencyjne?

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

Zapewne dobrze zdajesz sobie sprawę z tego, że laureaci Nagrody Nobla są osobami nadzwyczajnie utalentowanymi, które w znaczący sposób zapisały się na kartach historii. Znaleźć się w tym szacownym gronie jest niezwykle trudno, bo chociaż do odkrycia zostało niespodziewanie wiele, to konkurencja jest ogromna. Czy wiesz, że Linus Pauling otrzymał dwa takie niezależne wyróżnienia? Czy wiesz, czym zasłynął? Jedna z nagród została przyznana mu właśnie za pracę nad wiązaniami chemicznymi.

Twoje cele

Zdecydujesz, jaki rodzaj wiązania występuje w związkach. Uszeregujesz związki według rosnącej polarności ich wiązań. Narysujesz wzory elektronowe cząsteczek. Określisz cząstkowe ładunki atomów.

Amoniak jest przykładem związku posiadającego wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Źródło: dostępny w internecie: hps://www.flickr.com/photos/avius/5882175977, licencja: CC BY-NC 2.0.

Jak powstają wiązania kowalencyjne?

utalentowaną – swoimi badaniami nad anemią sierpowatą utorował drogę do rozwoju genetyki molekularnej. Mało tego – udowodnił, że opad promieniotwórczy stanowi zagrożenie dla zdrowia publicznego.

Ciekawostka

Anemia sierpowata (inaczej niedokrwistość sierpowata) to wrodzona choroba genetyczna, spowodowana punktową mutacją w obrębie łańcucha beta hemoglobiny, która powoduje nieprawidłową budowę hemoglobiny.

Jak powstają wiązania kowalencyjne niespolaryzowane?

Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane powstaje pomiędzy atomami tego samego niemetalu, np. dla cząsteczki , w której jest ono tworzone między atomami wodoru, wygląda to w następujący sposób.

H 2

Linus Pauling otrzymał dwie niezależne Nagrody Nobla. Źródło: dostępny w internecie: picryl.com, domena publiczna.

Wykres ilustrujący energię potencjalną atomów wodoru podczas tworzenia wiązania kowalencyjnego. Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie www.openstax.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Jak pokazano na powyższym wykresie, początkowo dwa oddzielne atomy wodoru (skrajna prawa strona wykresu) zbliżają się do siebie (w lewo na wykresie), a ich orbitale walencyjne ( ) zaczynają się nakładać. Następnie pojedyncze elektrony w każdym z atomów oddziałują z jądrami atomowymi i zajmują przestrzeń wokół obu atomów. Silne przyciąganie każdego z nich stabilizuje układ, a energia potencjalna maleje wraz ze spadkiem odległości miedzy atomami. Długość tego wiązania jest zależna od odległości, przy której osiągana jest najniższa możliwa energia potencjalna. Proces tworzenia wiązania jest procesem egzotermicznym, co oznacza, że w czasie jego powstawania uwalniana jest energia. Aby więc możliwe było zerwanie tego wiązania, należy wykonać pracę dla cząsteczki , której wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane jest bardzo silne – musi wynosić 436 kJ na 1 mol cząsteczek wodoru.

1 s

H 2

H2(g) → 2 H(g) ΔH = 436 kJ

2 H(g) → H2(g) ΔH = −436 kJ

Powyżej opisane wiązanie jest przykładem homoatomowego („czystego”) wiązania kowalencyjnego, zwanego wiązaniem kowalencyjnym niespolaryzowanym lub wiązaniem atomowych niespolaryzowanym. Oznacza to, że atomy je tworzące są identyczne, a chmura elektronowa symetrycznie otacza oba jądra atomowe.

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane

Inny typ wiązania tworzy się, kiedy mamy do czynienia z atomami różnych pierwiastków o różnicy elektroujemności od 0,4 włącznie do 1,7. Wówczas mowa o wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym. W tym przypadku elektrony wiążące są również uwspólnione, lecz są przyciągane mocniej do jednego z atomów w tym wiązaniu. To sprawia, że chmura elektronowa jest przesunięta w kierunku jądra tego atomu, który ma większą elektroujemność. Wtedy charakteryzuje się on częściowym ładunkiem ujemnym, podczas gdy drugi atom tworzący wiązanie cechuje się częściowym ładunkiem dodatnim. Przykładem takiego wiązania jest cząsteczka , w której elektrony tworzące wiązanie są przesunięte w stronę jądra atomu chloru. Zatem w cząsteczce chlorowodoru atom chloru posiada częściowy ładunek ujemny, a atom wodoru cząstkowy ładunek dodatni.

Ilustracja przedstawiająca rozkład gęstości elektronowej w cząsteczce HCl (małe czarne kropki wskazują lokalizację jąder wodoru i chloru w cząsteczce) Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ważne!

Polarność wiązań zapisuje się za pomocą małej litery greckiej „delta” , odpowiednio ze znakiem plus lub znakiem minus przy atomach, wskazując tym samym, czy atom ma częściowy ładunek dodatni ( ), czy częściowy ładunek ujemny ( ).

Przykład 2

HCl

Narysuj wzór elektronowy cząsteczki.

Konfiguracja elektronowa chloru jest następująca:

Klatkowy zapis struktury powłoki walencyjnej tego atomu wygląda następująco:

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Konfiguracja elektronowa wodoru jest następująca:

Klatkowy zapis struktury powłoki walencyjnej tego atomu wygląda następująco:

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Obydwa wolne orbitale w atomach mają po jednym niesparowanym elektronie. Orbitale atomów nakładają się na siebie i powstaje orbital cząsteczkowy. Dlatego wzór Lewisa dla cząsteczki wygląda następująco:

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

HCl

Cl : [Ne] 3 s^23 p^5

H : 1s^1

HCl

spolaryzowane, natomiast z różnicą 1,0 jest związkiem jonowym. Przy ustalaniu, jaki typ wiązania występuje w danym związku, należy zatem wziąć pod uwagę rodzaj atomów, ich położenie w układzie okresowym oraz mechanizm powstawania potencjalnego wiązania. Zatem wiązanie między dwoma niemetalami są kowalencyjne, a wiązanie metalu z niemetalem jest często wiązaniem jonowym.

Związki zawierające wiązania kowalencyjne mają ogólnie znacznie niższe temperatury topnienia i wrzenia niż związki jonowe. Większość związków kowalencyjnych to w temperaturze pokojowej ciecze lub gazy, które są elektrycznie obojętne.

Słownik

wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane (wiązanie atomowe niespolaryzowane)

wiązanie chemiczne, które polega na uwspólnianiu par elektronowych atomów tego samego pierwiastka

wiązanie kowalencyjne spolaryzowane (wiązanie atomowe spolaryzowane)

wiązanie chemiczne, które polega na uwspólnianiu par elektronowych, przesuniętych w kierunku atomu silniej elektroujemnego

polarność

właściwość indywiduów chemicznych, która polega na występowaniu w nich elektrycznego momentu dipolowego, na skutek nierównomiernego rozłożenia cząstkowych ładunków elektrycznych na atomach

struktury rezonansowe

struktury różniące się jedynie położeniem elektronów w cząsteczce

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.

Pirisi K., Nag L., Fekete Z., i in., Identification of the vibrational marker of tyrosine cation radical using ultrafast transient infrared spectroscopy of flavoprotein systems, „Photochemical&Photobiological Sciences” 2021, t. 20, s. 369‐378, online: https://openstax.org/books/chemistry‐atoms‐first‐2e/pages/4‐2- covalent‐bonding, dostęp: 26.04.2021.

MnI 2

Film samouczek

Polecenie 1

Czy potrafisz podać definicję wiązania kowalencyjnego? Czy znasz jego rodzaje? Zapoznaj się z filmem, a dowiesz się, czym jest wiązanie kowalencyjne, jakie są jego rodzaje oraz jaki jest mechanizm jego powstawania pomiędzy różnymi typami atomów.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D11qcA6im Film samouczek pt. „Jak powstają wiązania kowalencyjne?” Źródło: Barbara Rolka, GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału dotyczącej powstawania wiązań kowalencyjnych.

Ćwiczenie 1

Uzupełnij tabelę dotyczącą budowy cząsteczki tlenu ( ) oraz cząsteczki siarczku węgla(IV) ( ).

O 2 CS 2

związek chemiczny cząsteczka tlenu cząsteczka siarczkuwęgla(IV)

liczba elektronów uwspólnionych liczba wiążących par elektronowych liczba elektronów wolnych (niewiążących) liczba wolnych (niewiążących) par elektronowych liczba wiązań pojedynczych

liczba wiązań podwójnych

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Uzupełnij tekst.

Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane powstaje pomiędzy. Dla przykładowej cząsteczki , powstałej z atomów o , powstaje ono w następujący sposób: początkowo dwa oddzielne atomy A zbliżają się do siebie, a ich ( ) zaczynają się , następnie każdy z pojedynczych elektronów atomów A oddziałuje z obydwoma , zajmując tym samym przestrzeń wokół obu atomów. Tak powstała cząsteczka jest poprzez silne przyciąganie elektronów do jąder atomów. W czasie tworzenia tego wiązania, energia jest.

A 2 1 s^1 1 s

uwalniana atomami niemetali nakładać oddalać przyjmowana

jądrami atomowymi stabilizowana izolowana atomami metali

konfiguracji elektronowej elektronami konfiguracje elektronowe orbitale walencyjne hybrydyzacji

Ćwiczenie 2

Narysuj wzory elektronowe Lewisa dla poniższych cząsteczek:

N 2

H 2 S

SiH 4

OF 2

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 4

Zdecyduj, jaki rodzaj wiązania występuje w poniższych cząsteczkach. Przesuń wzory cząsteczek na odpowiednie pola.

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane

Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane

HI N 2 CBr 4 CO 2

Br 2 S 8 H 2 Se NH 3

Ćwiczenie 5

W oparciu o zasadę dążenia do korzystnej energetycznie konfiguracji oraz wartości elektroujemności, zaproponuj wzór sumaryczny i elektronowy dla cząsteczki zbudowanej z:

1. węgla i tlenu;
2. wodoru i bromu.

Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Ćwiczenie 6

Polarność wiązań to jedna z właściwości, które pozwalają określić strukturę białek. Opierając się na wartościach elektroujemności poszczególnych atomów, uszereguj wiązania występujące w aminokwasach wg rosnącej polarności.

Układ okresowy pierwiastków Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

C-H, C-N, N-H, C-O, O-H

Wiązanie występujące w aminokwasach

ΔE

C-H

C-N

N-H

C-O

O-H

Ćwiczenie 8

Na podstawie przedstawionych poniżej konfiguracji elektronowych atomów pierwiastków:

A.

B.

C.

D.

1 s^22 s^22 p^63 s^1

1 s^22 s^22 p^63 s^1

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^13 d^5

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^104 p^5

1. ustal, który z nich charakteryzuje się najwyższą elektroujemnością?
2. jaka para atomów pierwiastków będzie wykazywać najbardziej kowalencyjny charakter wiązania, a jaka najmniej?
3. podaj nazwę związku, powstałego w reakcji pierwiastka D o konfiguracji elektronowej , z atomem pierwiastka zawierającego 19 protonów w jądrze atomowym. Określ rodzaj wiązania, które występuje w tym związku. Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

1 s^22 s^22 p^63 s^23 p^64 s^23 d^104 p^5

Zaloguj się, aby dodać ilustrację.

Dla nauczyciela

Scenariusz zajęć

Autor: Aleksandra Marszałek‐Harych, Krzysztof Błaszczak

Przedmiot: chemia

Temat: Jak powstają wiązania kowalencyjne?

Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym

Podstawa programowa:

Zakres podstawowy

III. Wiązania chemiczne. Oddziaływania międzycząsteczkowe. Uczeń:

2. ilustruje graficznie oraz opisuje powstawanie wiązań kowalencyjnych i jonowych; pisze wzory elektronowe typowych cząsteczek związków kowalencyjnych i jonów złożonych, z uwzględnieniem wiązań koordynacyjnych.

Zakres rozszerzony

III. Wiązania chemiczne. Oddziaływania międzycząsteczkowe. Uczeń:

2. ilustruje graficznie oraz opisuje powstawanie wiązań kowalencyjnych i jonowych; pisze wzory elektronowe typowych cząsteczek związków kowalencyjnych i jonów złożonych, z uwzględnieniem wiązań koordynacyjnych.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji; kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii; kompetencje cyfrowe; kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne

Uczeń:

określa, jaki rodzaj wiązania występuje w związkach;