Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego Inżynieria Środowiska w ramach projektu Era inżyniera pewna lokata na przyszłość Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak
Wiązania chemiczne Reguła helowca reagujące ze sobą atomy starają się uzupełnić lub zredukować zewnętrzną powłokę elektronową, by uzyskać konfigurację walencyjną helowca położonego najbliżej w układzie okresowym. Konfigurację helowca atomy mogą uzyskać poprzez wytworzenie wiązania: 1. kowalencyjnego gdy łączą się atomy o niezbyt dużej różnicy elektroujemności (niemetal z niemetalem), - następuje uwspólnienie elektronów pomiędzy dwoma atomami w ten sposób, że: wspólne pary elektronowe powstają z elektronów niesparowanych pochodzących od obydwu atomów, wiązanie atomowe (atomy posiadają taką samą elektroujemność lub pomiędzy atomami pierwiastków, które różnią się wartością elektroujemności (zdolnością do przyciągania elektronów) nie więcej niż 0,4) np.: wiązanie atomowe spolaryzowane wiązanie wytwarza się pomiędzy atomami pochodzącymi od różnych pierwiastków a różnica elektroujemności jest mniejsza niż 1,7 wg skali Paulinga) np.: Cząsteczki takie mogą być dipolami (np. Cl) następuje polaryzacja wiązania, a wspólne pary elektronowe nie należą w jednakowym stopniu do obydwu atomów lecz są bardziej przesunięte w stronę atomu o większej elektroujemności. Atom ten zyskuje cząstkowy ładunek ujemny (δ-), natomiast atom o niższej wartości elektroujemności zyskuje cząstkowy ładunek dodatni (δ+). wspólne pary elektronowe pochodzą od jednego z atomów zwanego donorem. Drugi atom zwany akceptorem, uzupełnia własną powłokę walencyjną elektronami donora - w ten sposób powstaje wiązanie koordynacyjne (donorowo-akceptorowe) np.:. N. + + N Dla zaznaczenia, od którego atomu pochodzi para elektronowa, wiązanie to jest zapisywane strzałką od donora do akceptora. +
Donorami elektronów mogą być atomy lub jony posiadające wolne pary elektronowe (np. N, S, O, F -, Cl -, Br -, I -, O -, CN, CO). Akceptorami są zwykle jony wodorowe oraz atomy mające wolne orbitale (np. metale przejściowe -pierwiastki bloku d, itp). 2. jonowego powstającego wówczas, gdy reagują pierwiastki znacznie różniące się elektroujemnością (przynajmniej o 1,7 wg skali Paulinga), najczęściej niemetale z metalami. - następuje przeniesienie elektronów z atomu elektrododatniego na elektroujemny, a wytworzone różnoimienne jony przyciągają się elektrostatycznie, np.:.. Ca +. S. Ca 2+ + S 2-3. metalicznego gdy łączą się atomy metali o niewielkiej różnicy elektroujemności. - następuje oderwanie elektronów od atomów, które stają się kationami tworzącymi sieć krystaliczną, w obrębie której poruszają się swobodne elektrony. Elektrony tworzą tzw. chmurę elektronową lub gaz elektronowy, w którym zanurzone są zręby atomowe metalu, tworząc wiązanie metaliczne. Uporządkowany ruch gazu elektronowego związany jest z przepływem prądu elektrycznego. Wiązanie wodorowe tzw. mostek wodorowy Powstaje gdy: 1) atom wodoru związany jest z atomem pierwiastka o znacznej elektroujemności wiązaniem silnie spolaryzowanym, w efekcie czego atom wodoru uzyskuje cząstkowy ładunek dodatni np. -F, 2) następuje słabe oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy atomem wodoru a należącym najczęściej do innej cząsteczki atomem silnie elektroujemnym dysponującym wolną parą elektronową (Y) np. X-------Y Wpływ rodzaju wiązania chemicznego na właściwości substancji. Substancje mające wiązanie kowalencyjne: W stanie stałym tworzą kryształy cząsteczkowe (np. S 8 ) lub kowalencyjne (np. diament, krzem). Na ogół nie przewodzą prądu elektrycznego i nie dysocjują na jony. Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych (np. benzyna) a słabo w polarnych (np. woda). Kryształy cząsteczkowe mają niską temperaturę topnienia a kryształy kowalencyjne topią się w wysokich temperaturach. W tlenkach wiązanie kowalencyjne wpływa na ich kwasowy lub obojętny charakter: im większy jest udział wiązania kowalencyjnego, tym bardziej kwasowy charakter tlenku. Substancje posiadające wiązania jonowe: Związki o charakterze jonowym są krystaliczne, mają wysokie temperatury topnienia i dobrze rozpuszczają się w wodzie. Kryształy jonowe nie przewodzą prądu
elektrycznego, ale stopione i rozpuszczone w wodzie sole są dobrymi przewodnikami elektrycznymi. Im większy jest udział charakteru jonowego wiązania w tlenku czy wodorotlenku, tym bardziej wykazuje on zasadowy charakter. Substancje o wiązaniach metalicznych: Charakteryzują się połyskiem i bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym. Są kowalne, ciągliwe i przeważnie nie roztwarzają się w wodzie (chociaż np. sód reaguje gwałtownie z wodą). W reakcjach chemicznych reagują z różną aktywnością. Zadania: 1. Przedstaw mechanizm powstawania wiązania jonowego w cząsteczkach związków chemicznych: bromek sodu, chlorek glinu, tlenek potasu. Zapisz konfigurację elektronową jonów, które występują w sieci krystalicznej. Podaj nazwę gazu szlachetnego, którego konfigurację elektronową uzyskują te jony. 2. Przedstaw mechanizm powstawania wiązania kowalencyjnego w cząsteczkach: tlenu, wodoru i bromu (elektrony walencyjne zaznacz kropkami). 3. Przedstaw mechanizm tworzenia wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego w niżej podanych cząsteczkach związków chemicznych. Określ różnicę elektroujemności pierwiastków tworzących te związki: a) Br b) N 3 c) 2 O 4. W którą stronę będzie przesunięta wspólna para elektronowa w podanych cząsteczkach związków chemicznych? a) C 4 b) N 3 c) Si 4 d) 2 O 5. W podanych cząsteczkach związków chemicznych wskaż donor i akceptor pary elektronowej: a) kwas azotowy(v) b) tlenek siarki(iv) c) kwas chlorowy(vii) 6. Określ rodzaj wiązania chemicznego w następujących związkach: 2 S, O 2, K 2 S, CCl 4, Na 2 O, MgO, CO 2, LiCl
7. Z grupy tlenków pierwiastków 3. okresu wybierz dwa o przeciwnym charakterze chemicznym i przedstaw ich wzory elektronowe oraz wzory elektronowe produktów reakcji tych tlenków z wodą. 8. Podaj przykłady występowania w środowisku substancji chemicznych posiadających wiązania wodorowe.