RJC. Wiązania Chemiczne & Slides 1 to 39

Transkrypt

1 Wiązania Chemiczne & Struktura Cząsteczki Teoria Orbitali & ybrydyzacja Slides 1 to 39

2 Układ okresowy pierwiastków

3 Siły występujące w cząsteczce związku organicznego Atomy w cząsteczce związku organicznego są połączone wiązaniami kowalencyjnymi

4 Czym jest wiązanie kowalencyjne? Dwa atomy dzielą wspólne pary elektronowe. O Woda 2 O

5 Jak powstaje wiązanie kowalencyjne?... trzeba zrozumieć elektronową strukturę atomu 2p 2p 2s 2s 1s tlen 1s wodór

6 Teoria orbitali atomowych Przestrzeń wokół jądra atomu, gdzie występuje największe prawdopodobieństwo napotkania elektronu nazywana jest orbitalem orbital jądro

7 Jak przedstawiany jest orbital? Im dalej od jądra ulokowane są elektrony, tym wyŝsza jest energia orbitalu 1 2 3

8 Jak przedstawiany jest orbital? Kształt orbitalu zmienia się wraz z jego energią orbital typu s orbital typu p

9 Orbital 1s Elektrony o najniŝszej energii obsadzają kulisty orbital 1s orbital 1s

10 Orbital 2s Kulisty orbital 2s posiada wyŝszą energię niŝ 1s orbital 2s

11 Orbitale 2p Orbitale 2s mają kształt ósemek (hantli) i rozmieszczone są wzdłuŝ trzech współrzędnych orbital 2p x orbital 2p y orbital 2p z

12 Orbitale 3s, 3p, 4s i 4p... 2s 3s 4s 2p y 3p y 4py

13 Orbitale: Chemia Organiczna Chemia węgla dotyczy powstawania wiązań z udziałem orbitali 2s oraz 2p 1s 2s 2p x + 2p y + 2p z

14 Konfiguracje elektronów Opisują obsadę orbitali przez elektrony w atomie danego pierwiastka 2p 2s 1s węgiel

15 Stan podstawowy Opisuje stan atomu o najniŝszej energii 2p 2s 1s węgiel

16 Reguły obsadzania orbitali przez elektrony... Elektrony nie obsadzają orbitali w sposób przypadkowy... Kolejność obsadzania orbitali Kolejno obsadzania orbitali (od najniŝszej energii) Zakaz Pauliego Reguła unda

17 Kolejność obsadzania orbitali Obsadzanie zawsze rozpoczyna się od orbitali o najniŝszej energii! 2p 2s 1s Atom węgla

18 Zakaz Pauliego Na kaŝdym orbitalu moŝna ulokować tylko dwa elektrony posiadające przeciwny spin 2p 2s 1s Atom węgla

19 Reguła unda...w przypadku dwóch lub więcej orbitali o tej samej energii...orbitale zapełniane są najpierw pojedynczo. 2p 2s 1s atom węgla

20 Przykładowo... Atom wodoru 2p 2s 1s atom wodoru

21 Przykładowo... Atom tlenu 2p 2s 1s Atom tlenu

22 Wiązanie kowalencyjne Powstaje w wyniku wspólnego uŝytkowania przez atomy elektronów niesparowanych z powłoki walencyjnej. * * 2p 2s 1s atom tlenu Niesparowane elektrony walencyjne ulokowane są na orbitalach o najwyŝszej energii.

23 Struktury Lewisa Prosty sposób prezentacji wiązania kowalencyjnego, w którym... elektrony walencyjne są przedstawione za pomocą kropki. Trwała cząsteczka powstaje wtedy, gdy atom osiąga konfigurację gazu szlachetnego.

24 Cząsteczka metanu C 4 C

25 Cząsteczka metanolu C 3 O C O

26 Struktury Lewisa i Kekulego...kłopotliwy nawet dla cząsteczek o średniej wielkości prostszy sposób zapisu wiązań wg Kekulego. C C O C C C C C O C

27 Struktury Kekulego...wiązania kowalencyjne są przedstawiane za pomocą kreski, a elektrony niewiąŝące są pomijane. C O C O

28 Teoria orbitali i atom węgla? atom węgla, w stanie podstawowym, posiada tylko dwa elektrony na powłoce walencyjnej... 2p 2s 1s atom węgla C...ale atom węgla tworzy cztery, a nie dwa wiązania kowalencyjne!

29 Konfiguracja elektronowa w stanie wzbudzonym Najtrwalsza struktura cząsteczki jest osiągana raczej poprzez udział elektronów w stanie wzbudzonym, a nie podstawowym Stan podstawowy Stan wzbudzony 2p 2s 1s atom węgla 2p 2s 1s atom węgla

30 Nakładanie orbitali Siła wiązania kowalencyjnego jest określona przez stopień nałoŝenia orbitali. s s dobre p s p p bardzo dobre doskonałe

31 Cząsteczka metanu Atom węgla posiada jeden elektron 2s oraz 3 elektrony 2p, które mogą uczestniczyć w powstawaniu wiązań. stan wzbudzony 2p 2s 1s atom węgla

32 Cząsteczka metanu Atom wodoru posiada jeden niesparowany elektron 1s mogący tworzyć wiązanie kowalencyjne. 2p 2s Stan wzbudzony 1s atom wodoru

33 Cząsteczka metanu Powstawanie wiązań powinno doprowadzić do utworzenia wiązania 2s-1s oraz trzech wiązań 2p-1s.

34 Cząsteczka metanu NaleŜałoby oczekiwać, Ŝe 3 wiązania C- (2p-1s) są krótsze niŝ pozostałe jedno (2s-1s). C

35 Geometria tetragonalna Eksperymentalnie wykazano, Ŝe wszystkie wiązania są jednakowo długie i rozlokowane wewnątrz tetraedru (czworościanu). C

36

37 Powstawanie cząsteczki etanu

38 ybrydyzacja Wiązania w metanie najlepiej jest wytłumaczyć przy załoŝeniu, Ŝe orbitale 2s oraz 2p ulegają hybrydyzacji dając 4 orbitale sp 3. 2s + 2p + 2p + 2p 2sp 3 + 2sp 3 + 2sp 3 + 2sp 3

39 Po hybrydyzacji: konfiguracja elektronowa Stan wzbudzony Po hybrydyzacji 2p 2s 1s Atom C 2sp 3 1s Atom C

40 Dlaczego hybrydyzacja? To poprawia stopień nakładania orbitali! Siła wiązania kowalencyjnego jest uzaleŝniona od stopnia nałoŝenia orbitali......orbitale po hybrydyzacji nakładają się lepiej niŝ przed hybrydyzacją... sp 3 s p s

41 Wykorzystanie teorii orbitali/hybrydyzacji Teoria orbitali oraz hybrydyzacja pozwalają dobrze zrozumieć takie fakty jak kształt cząsteczki zarówno w prostych jak i skomplikowanych związkach organicznych.

42 Podsumowanie: podstawowe pojęcia Wiązanie kowalencyjne Konfiguracja elektronowa Konfiguracja elektronowa w stanie podstawowym Zasady wypełniania orbitali Zakaz Pauliego Reguła unda Orbitale (s, p oraz sp 3 ) Struktury Lewisa oraz Kekulego ybrydyzacja