22 lutego 2013

Ćwiczenia 1 (struktura elektronowa, rezonans, hybrydyzacja, momenty dipolowe…)

Tworzenie struktur Lewisa:

1) narysuj szkielet,
2) policz elektrony walencyjne,
3) utwórz maksymalną ilość wiązań walencyjnych (pamiętaj o regule oktetu),
4) oznacz ładunki atomów.

Reguła oktetu nie obowiązuje, gdy:

A. nieparzysta jest ilość elektronów;
B. w przypadku niektórych pierwiastków II okresu;
C. w pierwiastkach wyższych okresów niż II, które mogą mieć poszerzoną sferę elektronów walencyjnych.

Ładunek formalny = liczba elektronów walencyjnych – liczba nieuwspólnionych elektronów – ½ liczby
elektronów wiążących wokół atomu.

Struktury rezonansowe: 1. nierealne; 2. względne pozycje jąder – niezmienne; 3. nie wszystkie struktury
jednakowo prawdopodobne - najistotniejsze są: a/ struktury o max liczbie układów oktetowych (NO

+

); b/ z

ładunkami na atomach o kompatybilnej elektroujemności; c/ z mniejszym rozdziałem ładunku (a > b; a > c); 4.
istnienie struktur rezonansowych oznacza rozmycie ładunku w cząsteczce (stabilizację).

1. Narysuj strukturę Lewisa dla: (CH

3

)

2

CNH

,

BF

3

, C

3

H

4

, CH

3

+

,

C

6

H

5

NO

2

, [CH

2

=OH]

+

, NH

3

-BH

3

, przypisując ładunek

odpowiednim atomom. Co niezwykłego jest w strukturze BF

3

czy CH

3

+

?

2. Oceń, które pary przedstawiają 2 różne związki, które 2 struktury rezonansowe:

O

O

CH

3

CH

3

H

2

C

C

O

H

H

2

C

C

O

H

H

C

CH

3

O

H

C

CH

2

OH

H

2

C

C

H

CH

2

H

2

C

C

H

CH

2

3. Narysuj strukturę Lewisa dla CH

2

N

2

oraz jonów NO

2

+

i NO

2

-

, przypisując ładunek odpowiednim atomom.

4. Dla następujących cząstek dorysuj brakujące pary elektronowe, narysuj istotne struktury rezonansowe,

podkreśl dominującą, umotywuj wybór.

Reguły dotyczące hybrydyzacji orbitali:

 Zarówno elektrony wiążące, jak i wolne pary elektronowe zajmują zwykle orbitale zhybrydyzowane. Ilość

orbitali hybrydowych równa jest sumie ilości wiązań σ i ilości wolnych par elektronowych.

 Hybrydyzacja i geometria cząsteczki powinna prowadzić do maksymalnej separacji wiązań

i wolnych par el. (wolne pary zajmują więcej przestrzeni niż pary wiążące, prowadzą więc do
zmniejszenia kąta między wiązaniami).

 Jeśli 2 lub 3 pary elektronowe tworzą wiązanie wielokrotne, to pierwsze z nich jest

wiązaniem σ tworzonym przez orbital zhybrydyzowany, drugie – wiązaniem π poniżej i

powyżej σ, a trzecie – wiązaniem π prostopadłym do poprzedniego.

 W cząstkach, w których występuje więcej niż 1 znacząca struktura rezonansowa atomy

przyjmują hybrydyzację umożliwiającą tworzenie występujących w strukturach
rezonansowych wiązań π.

5. Określ konfigurację elektronową atomu centralnego, podaj jego hybrydyzację i opisz strukturę następujących

związków: BeCl

2

(

4

Be); BH

3

(

5

B); CH

4

(

6

C); (CH

3

)

2

NH (

7

N).

6. Zaproponuj możliwą hybrydyzację, geometrię i kąty wiązań dla: acetonitrylu (CH

3

CN), aldehydu octowego

(CH

3

COH), kwasu mrówkowego (HCOOH), allenu (CH

2

CCH

2

).

7. Alkohol butylowy (t.w.= 118

◦

C) jest izomerem eteru dietylowego (t.w.= 35

◦

C). Oba związki wykazują

podobną rozpuszczalność w wodzie. Dlaczego wykazują tak różne temperatury wrzenia?

8. Wiązanie N-F jest bardziej polarne niż NH, jednak NF

3

ma mniejszy moment dipolowy (0,2 D) niż NH

3

(1,5 D).

Dlaczego?

9. Bromocykloheksan ma moment dipolowy 2,3 D, a bromobenzen – 1,53 D. Czy możliwość rezonansu może to

wyjaśnić?

W domu:

1. Podaj cząstki elementarne składające się na: H

+

, H, H

-

, D, D

+

.

2. Dla następujących cząstek dorysuj brakujące pary elektronowe, narysuj istotne struktury rezonansowe, podkreśl
dominującą (zachowanie aromatyczności ma istotne znaczenie dla stabilności struktury rez.), umotywuj wybór.

O

2

N

C

H

C

H

CH

2

CH

2

O

Cl

3. Narysuj strukturę Lewisa dla cząsteczki ozonu (O



O



O). Jak wyjaśnisz fakt, iż wiązanie O



O w ozonie (128 pm) jest

krótsze niż wiązanie pojedyncze w H



O



O



H (147 pm), a dłuższe niż podwójne wiązanie w cząsteczce tlenu.

4. W oparciu o możliwość stabilizacji rezonansowej ustal, który z jonów jest bardziej stabilny :

a/ CH

3

-CH

+

-CH

3

i

CH

3

-CH

+

-OCH

3

b/

i

CH

2

CH

2