20161020 3. Cząsteczki i wiązania Elektrony walencyjne Wiązania jonowe i kowalencyjne Wiązanie typu σ i π Hybrydyzacja Przewidywanie kształtu cząsteczek AX n Orbitale zdelokalizowane Cząsteczki związków organicznych 3. Cząsteczki i wiązania 1 Elektrony walencyjne to elektrony o najwyższej energii, należące do zewnętrznych powłok elektronowych pozostałe elektrony tworzą tzw. rdzeń (zrąb) atomowy ns (12) ns 2 np x (18) ns x (n1)d y (112) 3. Cząsteczki i wiązania 2 1
20161020 Wiązania jonowe Teoria Kossela: Konfiguracja elektronowa gazów szlachetnych (oktet ns 2 np 6 na powłoce walencyjnej) jest szczególnie trwała. Atomy tworzące związki jonowe oddają lub przyjmują elektrony, tworząc jony mające konfiguracje gazów szlachetnych. Jony te oddziałują ze sobą siłami elektrostatycznymi. Na Cl = NaCl [Na ][Cl ] [ 11 Na]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 [Na ]: 1s 2 2s 2 2p 6 = [Ne] [ 17 Cl]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 [Cl ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 = [Ar] Ca O = CaO [Ca 2 ][O 2 ] [ 20 Ca]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 [Ca 2 ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 = [Ar] [ 8 O]: 1s 2 2s 2 2p 4 [O 2 ]: 1s 2 2s 2 2p 6 = [Ne] duża różnica elektroujemności (>1,7) związki jonowe nie tworzą cząsteczek, tylko kryształy 3. Cząsteczki i wiązania 3 Wiązania kowalencyjne Teoria Lewisa: Atomy, wykazujące podobną tendencję do przyjmowania i oddawania elektronów, tworzą wiązania w wyniku uwspólnienia elektronów. Wiązanie stanowi para elektronów, a uwspólnione elektrony są zaliczane do powłok walencyjnych obu połączonych atomów, które dążą do osiągnięcia oktetu s 2 p 6 (atomy H dubletu 1s 2 ) różnica elektroujemności < 0,4 wiązania kowalencyjne różnica elektroujemności > 0,4 wiązania kowalencyjne spolaryzowane 3. Cząsteczki i wiązania 4 2
20161020 Orbitale cząsteczkowe Elektrony tworzące wiązania kowalencyjne opisujemy za pomocą i cząsteczkowych (molekularnych), które mają analogiczne właściwości jak e atomowe: są określone dla współrzędnych elektronu umożliwiają obliczenie gęstości prawdopodobieństwa znalezienia elektronu umożliwiają obliczenie energii elektronu stosuje się do nich reguła Hunda i zakaz Pauliego Orbitale cząsteczkowe można przedstawić jako wynik nakładania i atomowych, opisujących elektrony walencyjne, które utworzyły wiązanie. 3. Cząsteczki i wiązania 5 Wiązania σ i π opis uproszczony Cząsteczka H 2 konfiguracja atomowa [H]: 1s 1 H H pojedyncze wiązanie typu σ nakładanie i 1s: cząsteczkowy typu σ Cząsteczka N 2 konfiguracja atomowa [N]: 1s 2 2s 2 2p 3 :N N: nakładanie i 2p: wiązanie potrójne: 1 typu σ 2 typu π 2p x cząsteczkowy typu σ cząsteczkowy typu π 2p x, 2p z 3. Cząsteczki i wiązania 6 3
energia 20161020 Wiązania σ i π opis zaawansowany Cząsteczka O 2 konfiguracja atomowa [O]: 1s 2 2s 2 2p 4 O O : : : : nakładanie i dodawanie lub odejmowanie atomowych funkcji falowych 2p x wiążący σ antywiążący σ* 2p x, 2p z wiążący π antywiążący π* 3. Cząsteczki i wiązania 7 Diagramy energii i cząsteczkowych N 2 O 2 σ*2p x :N N: σ*2p x O O : : : :? π*2p z π*2p y π*2p z π*2p y 2p σ2p x 2p 2p π2p z π2p y 2p π2p z π2p y σ2p x 2s σ*2s 2s 2s σ*2s 2s [N]: 1s 2 2s 2 2p 3 σ2s σ2s [O]: 1s 2 2s 2 2p 4 3. Cząsteczki i wiązania 8 4
20161020 Cząsteczki N 2 i O 2 konfiguracja elektronowa i rząd wiązania Konfiguracja elektronowa N 2 : KK (σ2s) 2 (σ*2s) 2 (π2p y ) 2 (π2p z ) 2 (σ2p x ) 2 Konfiguracja elektronowa O 2 : KK (σ2s) 2 (σ*2s) 2 (π2py) 2 (π2pz) 2 (σ2p x ) 2 (π*2p y ) 1 (π*2p z ) 1 Rząd wiązania = ½ (liczba elektronów wiążących liczba elektronów antywiążących) RW = ½ (LEWLEA) RW (N 2 ) = ½(8 2) = 3 RW (O 2 ) = ½(8 4) = 2 3. Cząsteczki i wiązania 9 Struktura przestrzenna cząsteczki CH 4 wszystkie wiązania identyczne kształt czworościanu foremnego Symetria CH 4 nie jest zgodna z symetrią i opisujących elektrony walencyjne atomu C [C]: [He]2s 2 2p 2 3. Cząsteczki i wiązania 10 5
20161020 Hybrydyzacja sp 3 Hybrydyzacja to utworzenie nowego zespołu i atomowych poprzez wymieszanie i z powłoki walencyjnej sp 3 : 1 2s 3 e 2p hybrydyzacja symetria tetraedru 3. Cząsteczki i wiązania 11 Porównanie cząsteczek CH 4, NH 3 i H 2 O hybrydyzacja sp 3 wypadkowy moment dipolowy δ δ silniejsze odpychanie wolnych par elektronowych 3. Cząsteczki i wiązania 12 6
20161020 Hybrydyzacja sp 2 i sp sp 2 : 1 2s 2 e 2p hybrydyzacja symetria trygonalna sp: 1 2s 1 2p hybrydyzacja symetria liniowa 3. Cząsteczki i wiązania 13 Cząsteczka C 2 H 4 cząsteczka płaska hybrydyzacja sp 2 czołowe nakładanie i sp 2 i 1s H boczne nakładanie i 2p C 12 elektronów walencyjnych: 2 opisane em wiążącym σ t,t 8 opisane ami wiążącymi σ t,1s 2 opisane em wiążącymi π 2p 3. Cząsteczki i wiązania 14 7
20161020 Cząsteczka C 2 H 2 liniowa hybrydyzacja sp czołowe nakładanie i sp i 1s H boczne nakładanie i 2p C 10 elektronów walencyjnych: 2 opisane em wiążącym σ t,t 4 opisane ami wiążącymi σ t,1s 4 opisane ami wiążącymi π 2p 3. Cząsteczki i wiązania 15 Symetria innych i zhybrydyzowanych sp 2 d sp 3 d sp 3 d 2 (kontury i odsunięte od początku układu) 3. Cząsteczki i wiązania 16 8