Wykład z Chemii Ogólnej

Transkrypt

1 Wykład z Chemii Ogólnej Część 2 Budowa materii: od atomów do układów molekularnych 2.2. BUDOWA CZĄSTECZEK Katedra i Zakład Chemii Fizycznej Collegium Medicum w Bydgoszczy Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu Prof. dr hab. n.chem. Piotr Cysewski piotr.cysewski@cm.umk.pl

2 BUDOWA CZĄSTECZEK Budowa cząsteczki: Kształt cząsteczki Konfiguracja elektronowa Ilość i rodzaj wiązań Długość wiązań Kąt wiązania Energia wiązania Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 2

3 Typy orbitali molekularnych Orbitale atomowe Orbitale molekularne Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 3

4 Typy orbitali molekularnych Orbitale atomowe Orbitale molekularne Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 4

5 Typy orbitali molekularnych 2p + 2p 2p + + * Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 5

6 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH CZĄSTECZKI WODORU I HELU (HIPOTETYCZNEJ) 1s * E 1s 1s 1s Rząd wiązania = 1 / 2 (liczba elektronów wiążących liczba elektronów antywiążących) 1s * H 2 = 1 / 2 (2-0) = 1 He 2 = 1 / 2 (2-2) = 0 molekuła niestabilna (nie istnieje) E 1s 1s 1s Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 6

7 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH CZĄSTECZKA AZOTU: N 2 Konfiguracja elektronowa cząsteczki azotu: Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 7

8 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH N 2 jest diamagnetykiem 2p * CZĄSTECZKA AZOTU: N 2 2p * 2p 2p 2p E 2p 2s * 2s 2s 2s Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 8

9 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH CZĄSTECZKA TLENU: O 2 Konfiguracja elektronowa cząsteczki tlenu: Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 9

10 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH O 2 jest paramagnetykiem 2p 2p * 2p * 2p CZĄSTECZKA TLENU: O 2 E 2p 2p 2s 2s * 2s 2s Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 10

11 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH Konfiguracja elektronowa cząsteczki tlenu: Multipletowość: M = 2 S + 1 Reagujące cząsteczki m muszą być o tej samej multipletowości! Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 11

12 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH

13 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH Co jest źródłem energii w procesach życiowych komórek? Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 13

14

15 PRZYKŁAD CZĄSTECZEK HETEROATOMOWYCH CZĄSTECZKA FLUOROWODORU: HF Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 15

16 Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 16

17 BUDOWA CZĄSTECZEK DWUATOMOWYCH CZĄSTECZKA TLENKU WĘGLA: CO C CO O 2p 2s 2p * 2p * 2p 2p 2s * 2s 2s 2p struktura o niewielkim momencie dipolowym, mimo dość znacznej różnicy elektroujemności pomiędzy atomami węgla i tlenu. Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 17

18 Budowa cząsteczek wieloatomowych HYBRYDYZACJA Przestrzenne rozmieszczenie orbitali zhybrydyzowanych Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 18

19 Budowa cząsteczek wieloatomowych cząsteczka metanu jest apolarna Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 19

20 Budowa cząsteczek wieloatomowych CZĄSTECZKA ETANU Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 20

21 Budowa cząsteczek wieloatomowych CZĄSTECZKA AMONIAKU NH 3 Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 21

22 Budowa cząsteczek wieloatomowych Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 22

23

24 Budowa cząsteczek wieloatomowych INNE CZĄSTECZKI ELEKTRONOWE cis - 1,2 dichloroethylene trans - 1,2 dichloroethylene Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 24

25 Budowa cząsteczek wieloatomowych MOLEKULARNE ORBITALE ZDELOKALIZOWANE

26 Budowa cząsteczek wieloatomowych CZĄSTECZKA ETINU (ACETYLENU) Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 26

27 Budowa cząsteczek wieloatomowych TEORIA VSEPR Obliczanie liczby przestrzennej PW - liczba par elektronowych tworzących wiązanie i jest równa liczbie atomów B jest przyłączonych do atomu centralnego A WPE - liczba wolnych par elektronowych atomu centralnego. Oblicza się ją odejmując od liczby elektronów walencyjnych atomu centralnego A, taką liczbę elektronów, jaka jest potrzebna do uzupełnienia konfiguracji wszystkich atomów B i dzieli się przez 2 WPE = 1/2 [liczby elektronów walencyjnych atomu A pomniejszona o liczbę elektronów potrzebną do uzupełnienia oktetów (lub dubletów dla wodoru) dla n atomów B] np.: dla PCl 5 PW = 5, dla COCl 2 PW = 3, dla SO 4-2 PW = 4 Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 27

28 Budowa cząsteczek wieloatomowych Związek liczby przestrzennej z kształtem cząsteczki Dla jonów ujemnych zwiększa się, a dla jonów dodatnich zmniejsza się liczbę elektronów walencyjnych o ładunek jonu.

29 Struktury przestrzenne cząsteczek typu AB n bez wolnych par elektronowych przy atomie centralnym.

30 Struktura cząsteczek w zależności od ilości wiążących i wolnych par A - atom centralny, B - ligandy, E - wolne pary elektronowe

31 Przykładowe pytania Co sądzisz o momentach dipolowych cząsteczek: H 2,O 2,CO,N 2? A. są równe zeru B. są równe zeru dla H 2 i O 2 C. są różne od zera D. są równe zeru dla O 2,H 2,N 2. Odp.D Jon NH 4+ ma kształt: A. tetraedyczny B. liniowy C. trygonalny D. żaden z powyższych Odp.A Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 31

32 Przykładowe pytania Rysunki obrazują powstawanie orbitali molekularnych: odp. D Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 32

33 Przykładowe pytania W poniższej cząsteczce cukru prostego wskaż ilość atomów węgla o liczbie przestrzenne 4 (hybrydyzacja sp 3 ) A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 E. 6 Które z poniższych zdań jest prawdziwe: odp. E A. wiązania C - C jest krótsze od wiązania C = C B. wiązanie C = C jest dłuższe od wiązania C C C. promień jonu Mg 2+ jest większy od promienia atomu Mg D. promień atomu Cl jest mniejszy od promienia jonu Clodp. B, D Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 33

34 Przykładowe pytania Jaka jest liczba przestrzenna atomów 2 i 3 dla poniższego związku? A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 5 odp. D Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej str. 2.2 / 34