Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Wiązania chemiczne i zjawisko izomerii, Publikacje z Chemia

Atom magnezu ma dwa elektrony walencyjne. Aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną, każdy atom fluoru powinien przyłączyć tylko jeden elektron (od magnezu), ...

Typologia: Publikacje

2022/2023

Załadowany 24.02.2023

xena_90
xena_90 🇵🇱

4.7

(123)

394 dokumenty

1 / 5

Toggle sidebar

Ta strona nie jest widoczna w podglądzie

Nie przegap ważnych części!

bg1
Dlaczego sacharoza (cukier trzcinowy) topi się w temperaturze 185°C, podczas
gdy chlorek sodowy (sól kuchenna) topi się w znacznie wyższej temperaturze,
bo w 801°C? Dlaczego obie te substancje rozpuszczają się w wodzie, a oliwa
z oliwek nie? Dlaczego maślan metylu pachnie jak jabłka, a octan propylu, który
zawiera w cząsteczce takie same atomy, pachnie jak gruszki? Aby odpowiedzieć na
takie pytania, musisz zrozumieć, w jaki sposób atomy tworzące cząsteczki wiążą się
ze sobą. Wiązania chemiczne kluczem do zrozumienia budowy, właściwości
fizycznych i chemicznych różnych rodzajów substancji.
Prawdopodobnie z niektórymi z tych zagadnień zapoznałeś się Czytelniku na
początku swojej chemicznej edukacji. Przejrzyj wszystkie części tego rozdziału, aby
się przekonać, czy zrozumiałe, oraz spróbuj odpowiedzieć na pytania. Jeżeli
umiesz na nie odpowiedzieć, możesz ominąć część materiału. Jeżeli jednak masz
kłopoty z jakimkolwiek zadaniem wewnątrz lub na końcu niniejszego rozdziału,
przestudiuj go uważnie w całości, gdyż pojęcia tam wprowadzone będą używane
w pozostałej części książki.
1
1
Wiązania chemiczne
i zjawisko izomerii
1.1 Rozmieszczenie elektronów
w atomie
1.2 Wiązania jonowe
i kowalencyjne
1.3 Atom węgla i wiązanie
kowalencyjne
1.4 Wiązania pojedyncze
węgiel–węgiel
1.5 Wiązania kowalencyjne
spolaryzowane
1.6 Wiązania kowalencyjne
wielokrotne
1.7 Wartościowość
1.8 Zjawisko izomerii
1.9 Rysowanie wzorów
strukturalnych
1.10 Skrócone wzory strukturalne
1.11 Ładunek formalny
1.12 Rezonans
1.13 Umowy dotyczące strzałek
1.14 Orbitalowa koncepcja wiązań
chemicznych; wiązanie typu
sigma
1.15 Zhybrydyzowane orbitale
sp3atomu węgla
1.16 Tetraedryczny atom węgla;
wiązania w metanie
1.17 Klasyfikacja związków
organicznych na podstawie
budowy szkieletu cząsteczki
1.18 Klasyfikacja związków
organicznych na podstawie
rodzaju grupy funkcyjnej
Hart-Chemia-01-:Hart 2008-11-28 16:13 Page 1
pf3
pf4
pf5

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Wiązania chemiczne i zjawisko izomerii i więcej Publikacje w PDF z Chemia tylko na Docsity!

D

laczego sacharoza (cukier trzcinowy) topi się w temperaturze 185°C, podczas

gdy chlorek sodowy (sól kuchenna) topi się w znacznie wyższej temperaturze,

bo w 801°C? Dlaczego obie te substancje rozpuszczają się w wodzie, a oliwa

z oliwek nie? Dlaczego maślan metylu pachnie jak jabłka, a octan propylu, który

zawiera w cząsteczce takie same atomy, pachnie jak gruszki? Aby odpowiedzieć na

takie pytania, musisz zrozumieć, w jaki sposób atomy tworzące cząsteczki wiążą się

ze sobą. Wiązania chemiczne są kluczem do zrozumienia budowy, właściwości

fizycznych i chemicznych różnych rodzajów substancji.

Prawdopodobnie z niektórymi z tych zagadnień zapoznałeś się Czytelniku na

początku swojej chemicznej edukacji. Przejrzyj wszystkie części tego rozdziału, aby

się przekonać, czy są zrozumiałe, oraz spróbuj odpowiedzieć na pytania. Jeżeli

umiesz na nie odpowiedzieć, możesz ominąć tę część materiału. Jeżeli jednak masz

kłopoty z jakimkolwiek zadaniem wewnątrz lub na końcu niniejszego rozdziału,

przestudiuj go uważnie w całości, gdyż pojęcia tam wprowadzone będą używane

w pozostałej części książki.

Wiązania chemiczne

i zjawisko izomerii

1.1 Rozmieszczenie elektronów w atomie

1.2 Wiązania jonowe i kowalencyjne 1.3 Atom węgla i wiązanie kowalencyjne

1.4 Wiązania pojedyncze węgiel–węgiel 1.5 Wiązania kowalencyjne spolaryzowane

1.6 Wiązania kowalencyjne wielokrotne 1.7 Wartościowość

1.8 Zjawisko izomerii 1.9 Rysowanie wzorów strukturalnych

1.10 Skrócone wzory strukturalne 1.11 Ładunek formalny

1.12 Rezonans 1.13 Umowy dotyczące strzałek

1.14 Orbitalowa koncepcja wiązań chemicznych; wiązanie typu sigma 1.15 Zhybrydyzowane orbitale sp^3 atomu węgla

1.16 Tetraedryczny atom węgla; wiązania w metanie 1.17 Klasyfikacja związków organicznych na podstawie budowy szkieletu cząsteczki

1.18 Klasyfikacja związków organicznych na podstawie rodzaju grupy funkcyjnej

Rozmieszczenie elektronów w atomie

Atomy składają się z małych jąder o dużej gęstości, otoczonych elektronami. Jądro

jest naładowane dodatnio i reprezentuje większą część masy atomu. Jądra są

zbudowane z protonów, które są dodatnio naładowane, i z neutronów, które nie

są obdarzone ładunkiem elektrycznym (jedynym wyjątkiem jest atom wodoru,

którego jądro zawiera tylko jeden proton). W nienaładowanym elektrycznie atomie

dodatni ładunek jądra jest idealnie zrównoważony ujemnym ładunkiem otaczających

je elektronów. Liczba atomowa danego pierwiastka jest równa liczbie protonów

w jądrze (jak również liczbie elektronów otaczających jądro obojętnego atomu).

Masa atomowa jest w przybliżeniu równa sumie liczb protonów i neutronów

w jądrze; elektrony nie są tu brane pod uwagę, ponieważ są bardzo lekkie. Układ

okresowy umieszczony na wewnętrznej stronie okładki tej książki przedstawia

wszystkie pierwiastki wraz z ich liczbami atomowymi i masami atomowymi.

Będziemy się zajmować głównie elektronami atomów, ponieważ ich liczba oraz

układ stanowią klucz do wyjaśnienia, w jaki sposób atomy reagują ze sobą, aby

utworzyć cząsteczkę. Omówione zostaną wyłącznie układy elektronowe lekkich

pierwiastków, gdyż właśnie te pierwiastki są najważniejsze w cząsteczkach

organicznych.

Elektrony są skupione w pewnych obszarach przestrzeni okołojądrowej, zwanych

orbitalami. Każdy orbital może zawierać maksymalnie dwa elektrony. Orbitale

różniące się kształtem są oznaczone literami s, p i d. Ponadto, grupy elektronów

tworzą powłoki (poziomy) oznaczone numerami 1, 2, 3 itd. Każda powłoka zawiera

różne typy orbitali i różną ich liczbę, która odpowiada numerowi powłoki. Na

przykład, powłoka 1 zawiera tylko jeden typ orbitalu, nazwany orbitalem 1s.

Powłoka 2 zawiera dwa typy orbitali, 2s i 2p, a powłoka 3 zawiera trzy typy: 3s, 3p

i 3d. Na poszczególnych poziomach liczba orbitali s, p i d wynosi, odpowiednio,

1, 3, i 5 (tab. 1.1). Zasady te pozwalają nam obliczyć, ile elektronów znajduje się

na każdej zapełnionej powłoce (ostatnia kolumna tab. 1.1). W tabeli 1.

przedstawiono konfigurację elektronową pierwszych 18 pierwiastków. Pierwsza

powłoka jest zapełniona w atomie helu (He) i w atomach wszystkich dalszych

pierwiastków, a druga powłoka jest zapełniona w atomie neonu (Ne) i atomach

wszystkich dalszych pierwiastków. Zapełnione powłoki prawie nie uczestniczą

w tworzeniu wiązań chemicznych. To raczej elektrony zewnętrzne, czyli elektrony

walencyjne, są głównie zaangażowane w wiązania chemiczne i właśnie na nich

skupimy naszą uwagę.

W tabeli 1.3 pokazano elektrony walencyjne pierwszych 18 pierwiastków. Symbol

pierwiastka odpowiada rdzeniowi atomowemu (jądro oraz elektrony zapełnionych

powłok), a kropki reprezentują elektrony walencyjne.

Na podstawie tych informacji o budowie atomu jesteśmy w stanie określić, w jaki

sposób pierwiastki się łączą, aby utworzyć wiązanie chemiczne.

Atom składa się z małego ją- dra o dużej gęstości, zawiera- jącego dodatnio naładowane protony i obojętne elektrycznie neutrony , otoczonego ujemnie naładowanymi elektronami. Liczba atomowa danego pier- wiastka jest równa liczbie pro- tonów w jądrze; jego masa atomowa stanowi w przybliże- niu sumę liczb protonów i neu- tronów.

Tabela 1.1. LICZBA ORBITALI I ELEKTRONÓW NA PIERWSZYCH TRZECH POWŁOKACH

Liczba orbitali każdego typu

Całkowita liczba elektronów Numer powłoki s p d zapełnionej powłoki

1 1 0 0 2

2 1 3 0 8

3 1 3 5 18

Elektrony znajdują się w orbi- talach. Grupy orbitali tworzą powłoki. W orbitalu mogą się znajdować maksymalnie dwa elektrony.

Elektrony walencyjne znajdują się w najbardziej zewnętrznej powłoce. Rdzeniem atomu jest jądro i wewnętrzne powłoki elektronowe.

w taki sposób, aby uzyskać taką stabilną konfigurację. Może być ona osiągnięta na

dwa sposoby: przez całkowite przeniesienie elektronów z jednego atomu na drugi

lub przez uwspólnienie elektronów między atomami.

1.2.1. Związki jonowe

Wiązania jonowe tworzą się w wyniku przeniesienia jednego lub większej liczby

elektronów z jednego atomu na drugi. Ponieważ elektrony są naładowane ujemnie,

atom, który oddaje elektron(y) staje się naładowanym dodatnio kationem. Atom

przyjmujący elektron(y) staje się ujemnie naładowanym anionem. Typową reakcją

zachodzącą z przeniesieniem elektronu jest reakcja atomów chloru i sodu,

prowadząca do powstania chlorku sodu*.

Atom sodu zawiera tylko jeden elektron walencyjny (znajdujący się w trzeciej

powłoce; p. tab. 1.2). Po oddaniu tego elektronu sód uzyskuje konfigurację

elektronową neonu. Jednocześnie staje się dodatnio naładowanym kationem

sodowym. Atom chloru ma siedem elektronów walencyjnych. Po przyłączeniu

dodatkowego elektronu uzyskuje konfigurację elektronową argonu i staje się

naładowanym ujemnie anionem chlorkowym. Atomy, które jak atom sodu wykazują

tendencję do oddawania elektronów, nazywamy elektrododatnimi**. Atomy, które

jak atom chloru, wykazują tendencję do przyłączania elektronów, nazywamy

elektroujemnymi. Zwykle są to atomy niemetali.

Produkt reakcji (1.1), chlorek sodu, jest związkiem jonowym, zbudowanym

z jednakowej liczby jonów sodowych i chlorkowych. Ogólnie rzecz biorąc, związki

jonowe powstają wówczas, gdy atomy silnie elektrododatnie reagują z atomami

silnie elektroujemnymi. Jak pokazano na ryc. 1.1 na przykładzie kryształu chlorku

sodu, jony w kryształach substancji jonowych są utrzymywane razem przez siły

wynikające z ich przeciwnych ładunków.

PRZYKŁAD 1.

Napisz równanie reakcji między atomami magnezu (Mg) i fluoru (F).

Atom magnezu ma dwa elektrony walencyjne. Aby uzupełnić swoją powłokę

walencyjną, każdy atom fluoru powinien przyłączyć tylko jeden elektron (od

magnezu), dlatego do przereagowania z jednym atomem magnezu potrzebne

są dwa atomy fluoru.

ZADANIE 1.1. Napisz równanie reakcji atomów litu (Li) z atomami bromu (Br).

ROZWIĄZANIE

  • Zakrzywiona strzałka w równaniu 1.1 pokazuje kierunek przekazywania elektronu z powłoki walencyjnej atomu sodu do powłoki walencyjnej atomu chloru. Używanie zakrzywionych strzałek do pokazywania kierunku przesunięcia elektronów jest wyjaśnione bardziej szczegółowo w rozdz. 1.13. ** Termin „pierwiastki elektrododatnie” jest obecnie rzadziej stosowany. Należy raczej mówić „pierwiastki o małej elektroujemności” [przyp. tłum.].

Związki jo no we są zbu do wa ne z do datnio na ła do wa nych ka - tio nów i ujemnie na ła do wa - nych anio nów.

Ryc. 1.1. Chlorek sodu, Na+^ Cl–, jest zbudowany z jonów. Każdy z jonów jest otoczony sześcioma przeciwnie naładowanymi jonami. Wyjątek stanowią te jony, które znajdują się na powierzchni kryształu.

Ato my elek tro do dat nie od da ją elek tro ny i two rzą ka tio ny. Ato my elek tro ujemne przy łą - cza ją elek tro ny i two rzą anio ny.

Ściśle biorąc, wiązania jonowe nie są tak naprawdę wiązaniami. Przeciwnie

naładowane jony przyciągają się wzajemnie, tak jak przyciągają się przeciwne

bieguny magnesu. Jony w krysztale są upakowane w ściśle określony sposób, lecz

nie możemy powiedzieć, że dany jon jest związany czy przymocowany do

jakiegokolwiek innego jonu. Po rozpuszczeniu substancji jony oddzielają się od

siebie i mają zdolność stosunkowo swobodnego poruszania się w roztworze.

Ogólna zasada jest taka, że w obrębie danej poziomej linii układu okresowego,

najbardziej na lewo znajdują się pierwiastki silnie elektrododatnie, a najbardziej na

prawo – pierwiastki silnie elektroujemne. W obrębie pionowych kolumn pierwiastki

bardziej elektrododatnie znajdują się na dole, a pierwiastki bardziej elektroujemne

  • na górze.

PRZYKŁAD 1.

Jaki ładunek będzie miał jon berylu?

Jak przedstawiono w tab. 1.3, atom berylu (Be) zawiera dwa elektrony

walencyjne. Aby osiągnąć konfigurację elektronową zapełnionej powłoki

helu, musi utracić elektrony walencyjne. Kation berylowy będzie więc

obdarzony dwudodatnim ładunkiem, co przedstawia symbol Be2+.

ZADANIE 1.2. Korzystając z tab. 1.3, odpowiedz, jaki ładunek będzie miał

każdy z wymienionych pierwiastków tworzący związek jonowy: Al, Li, S, O.

ROZWIĄZANIE

PRZYKŁAD 1.

Który z atomów jest bardziej elektrododatni:

a) lit czy beryl?

b) lit czy sód?

a) W porównaniu z jądrem berylu (4+) jądro litu ma mniejszy ładunek

dodatni (3+) przyciągający elektrony. Dlatego oderwanie elektronu od

atomu litu wymaga mniejszej energii niż oderwanie elektronu od atomu

berylu. Ponieważ lit traci elektrony łatwiej niż beryl, lit jest pierwiastkiem

bardziej elektrododatnim.

b) Elektrony walencyjne atomu sodu są oddzielone od dodatnio

naładowanego jądra dwiema wewnętrznymi powłokami elektronowymi,

a elektrony walencyjne litu – tylko jedną wewnętrzną powłoką. Dlatego

oderwanie elektronu od atomu sodu wymaga mniejszej energii, a więc sód

jest pierwiastkiem bardziej elektrododatnim.

ZADANIE 1.3. Korzystając z tab. 1.3, odpowiedz, który pierwiastek jest

bardziej elektrododatni: sód czy glin, bor czy węgiel, bor czy glin.

ZADANIE 1.4. Korzystając z tab. 1.3, odpowiedz, który pierwiastek jest

bardziej elektroujemny: tlen czy fluor, tlen czy azot, fluor czy chlor.

ZADANIE 1.5. Na podstawie położenia węgla w tab. 1.3, jak sądzisz, czy

pierwiastek ten jest elektroujemny, czy elektrododatni?

ROZWIĄZANIE