Wiązania chemiczne
Wiązanie kowalencyjne i wzory Lewisa
Wiązanie kowalencyjne — tworzenie
Wiązanie kowalencyjne (atomowe) powstaje przez uwspólnienie pary elektronów między dwoma atomami. Każdy atom wnosi po 1 elektronie do wspólnej pary (wiązanie kowalencyjne normalnie) lub obydwa elektrony wnosi jeden atom (wiązanie koordynacyjne/doniepercja).
Wiązanie kowalencyjne powstaje typowo między niemetalami lub między niemetalem a wodorem.
- Uwspólniona para e⁻ = jedno wiązanie kowalencyjne
- Dwie pary wspólne = wiązanie podwójne (C=C, C=O)
- Trzy pary wspólne = wiązanie potrójne (N≡N, C≡C)
- Wiązanie koordynacyjne: np. H₃O⁺, NH₄⁺ (jeden atom wnosi oba elektrony)
- Reguła oktetu: każdy atom dąży do uzyskania 8 elektronów w powłoce walencyjnej (wyjątek: H → dublet)
Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane
Jeśli atomy tworzące wiązanie mają różną elektroujemność, wspólna para elektronow jest przesunięta ku atomowi o wyższej elektroujemności. Powstaje wiązanie kowalencyjne spolaryzowane.
- Niepolarne kowalencyjne: Δχ < 0,5 (np. H₂, Cl₂, O₂, N₂, CH₄)
- Polarne kowalencyjne: 0,5 ≤ Δχ ≤ 1,7 (np. HCl, H₂O, NH₃, HF)
- Jonowe: Δχ > 1,7 (np. NaCl, MgO, CaF₂)
- Atom bardziej elektroujemny: częściowy ładunek ujemny (δ⁻)
- Atom mniej elektroujemny: częściowy ładunek dodatni (δ⁺)
- Przykład: Hδ⁺—Clδ⁻ — elektrony przesunięte ku chlorowi
Wzory Lewisa — zasady rysowania
Wzory Lewisa (wzory elektronowe) pokazują wszystkie pary elektronów walencyjnych: wspólne (wiązania) i wolne (pary niewielużane).
- Krok 1: Zlicz łączną liczbę elektronów walencyjnych wszystkich atomów (dla jonów: +/- ładunek)
- Krok 2: Określ atom centralny (zwykle najmniej elektroujemny; H nigdy centralny)
- Krok 3: Połącz atom centralny z otaczającymi pojedynczymi wiązaniami (2e każde)
- Krok 4: Uzupełnij oktety atomów zewnętrznych wolnymi parami
- Krok 5: Pozostałe elektrony przypisz atomowi centralnemu (lub utwórz wiązania wielokrotne)
Wzory Lewisa — przykłady prostych cząsteczek
Przykłady wzorów Lewisa dla typowych cząsteczek:
- H₂O: O ma 6e walencyjnych, 2H po 1e → razem 8e. Dwa wiązania O—H, dwie wolne pary na O. H:O:H (z parami na O)
- NH₃: N(5e) + 3H(1e) = 8e. Trzy wiązania N—H, jedna wolna para na N.
- CO₂: C(4e) + 2O(6e) = 16e. Dwa wiązania podwójne: O=C=O (8e wiązań + 8e wolnych par)
- HCl: H(1e) + Cl(7e) = 8e. Jedno wiązanie H—Cl, trzy wolne pary na Cl.
- N₂: N(5e)+N(5e)=10e. Wiązanie potrójne :N≡N: + wolna para na każdym N
Najczęstsze błędy
„Związek jonowy tworzą oddzielne cząsteczki”
Poprawnie: Tworzy rozległą sieć jonów; wzór podaje najprostszy stosunek jonów.
„Barwa jonów przejściowych wynika wyłącznie z samego pierwiastka”
Poprawnie: Zależy także od stopnia utlenienia, geometrii i rodzaju ligandów.
Zadania z odpowiedziami
1. Wzór Lewisa CO₂
Zbuduj wzór Lewisa CO₂ i oceń ładunki formalne.
- 1.Policz 16 elektronów walencyjnych.
- 2.Ustaw C w centrum i połącz z O.
- 3.Utwórz dwa wiązania podwójne, aby spełnić oktety.
Odpowiedź
O=C=O, na każdym O są dwie pary wolne; wszystkie ładunki formalne wynoszą 0.
2. Zadanie: Wiązanie kowalencyjne — tworzenie
Rozwiąż zadanie lub uzasadnij właściwość związaną z częścią „Wiązanie kowalencyjne — tworzenie”.
- 1.Zapisz cząstki, wzór albo równanie.
- 2.Uwzględnij warunki i bilans.
- 3.Podaj wynik lub wniosek wraz z uzasadnieniem.
Odpowiedź
Wiązanie kowalencyjne (atomowe) powstaje przez uwspólnienie pary elektronów między dwoma atomami. Każdy atom wnosi po 1 elektronie do wspólnej pary (wiązanie kowalencyjne normalnie) lub obydwa elektrony wnosi jeden atom (wiązanie koordynacyjne/doniepercja). Wiązanie kowalencyjne powstaje typowo między niemetalami lub między niemetalem a wodorem. Uwspólniona para e⁻ = jedno wiązanie kowalencyjne Dwie pary wspólne = wiązanie podwójne (C=C, C=O)
Podsumowanie
- Uwspólniona para e⁻ = jedno wiązanie kowalencyjne
- Dwie pary wspólne = wiązanie podwójne (C=C, C=O)
- Wiązanie kowalencyjne (atomowe) powstaje przez uwspólnienie pary elektronów między dwoma atomami. Każdy atom wnosi po 1 elektronie do wspólnej pary (wiązanie kowalencyjne normalnie) lub obydwa elektrony wnosi jeden atom (wiązanie koordynacyjne/doniepercja).
- Niepolarne kowalencyjne: Δχ < 0,5 (np. H₂, Cl₂, O₂, N₂, CH₄)
- Polarne kowalencyjne: 0,5 ≤ Δχ ≤ 1,7 (np. HCl, H₂O, NH₃, HF)
- Jeśli atomy tworzące wiązanie mają różną elektroujemność, wspólna para elektronow jest przesunięta ku atomowi o wyższej elektroujemności. Powstaje wiązanie kowalencyjne spolaryzowane.
- Krok 1: Zlicz łączną liczbę elektronów walencyjnych wszystkich atomów (dla jonów: +/- ładunek)
Słownik pojęć
- Wiązanie koordynacyjne
- Wiązanie, w którym początkowo oba elektrony pary pochodzą od jednego atomu.
- Ligand
- Jon lub cząsteczka dostarczająca parę elektronową do centrum.
- Efektywność atomowa
- Udział atomów substratów trafiających do pożądanego produktu.