05 10id 5439 Nieznany (2)

background image

2013-04-14

1

Chemia nieorganiczna

H

He

Li Be

B

B

Ne

C N O

F

Na Mg

Al

Ar

P

S Cl

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Ga

Kr

Br

Rb Sr

Y

Zr Nb Mo

Tc

Ru Rh Pd Ag Cd

Tl

Rn

Pb Bi Po

At

La

Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Ce Pr

Cs Ba

In

Xe

I

Ac

Fr Ra

Nd

Pm

Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U

Np Pu Am Cm

Cf Es Fm Md No Lr

Bk

1

3

2

4

6

5

7

metale

niemetale

metale

metale

Chemia nieorganiczna (2)

Wodór

Niemetale, ich własności i najważniejsze
połączenia
- pierwiastki grup 13 -18 (IIIA-VIIIA)

Metale, ich własności i najważniejsze połączenia
- pierwiastki grup 1-12 (IA-IIA oraz IB-VIIIB)

Motywem przewodnim wykładów w semestrze
letnim pozostaje wiązanie chemiczne - a przede
wszystkim przypadki

typowe

(jedna strona medalu)

i

wyjątkowe

(druga strona medalu) ...

Konsekwentnie też będziemy stosować teorię
orbitali molekularnych ...

WODÓR

۞

Jest najbardziej rozpowszechnionym
pierwiastkiem we Wszechświecie:

۞

... 91 % wszystkich atomów to atomy wodoru

ok.10

-16

%

β

-

- 12,4 lat

~3 u

tryt

ok.1,6 10

-2

%

~2 u

deuter

~1 u

prot

Zawartość

Masa

Nazwa

Izotop

H

1
1

H(D)

2

1

H(T)

3

1

Otrzymywanie wodoru

Konwersja metanu (a tak się go wytwarza ...) :

2

2

C

750

2

4

3H

CO

O

2H

CH

+

 →

+

o

Działanie wody lub kwasów na metale
(tak się nie wytwarza wodoru !):

+

+

2

2

1

2

H

NaOH

O

H

Na

+

+

+

+

2

2

H

Zn

2H

Zn

Elektroliza wody (i tak też ...):

+

+

2OH

H

2

O

2H

2

2

e

KATODA

e

4

4H

O

O

2H

2

2

+

+

+

ANODA

Także elektroliza wodnych roztworów KOH, NaOH, H

2

SO

4

, NaCl ...

Właściwości wodoru

1s

H

+

x

1s

H

+

x

+

x

F

1s

-

+

x

F

*

1s

H

- 1s

1

H

2

- σ

1s

2

Energia wiązania
434 kJ·mol

-1

H

2

- w warunkach normalnych gaz,

T

wrz

= 20,4 K

,

T

topn

= 13,9 K

Chemia wodoru

Elektroujemność wodoru - 2,2

1. Utrata elektronu:

r

H

≈≈≈≈

10 pm

H

H

+

+ e

r

H+

≈≈≈≈

10

-4

pm

Konfiguracja jonu

1s

0

, energia jonizacji

I = 13,6 eV

2. Przyjęcie elektronu:

H + e

H

-

r

H-

= 145 pm

Konfiguracja jonu

1s

2

, powinowactwo elektronowe

A=0,7 eV

3. Utworzenie wiązań

kowalencyjnych:

Cząsteczka metanu

background image

2013-04-14

2

Skład izotopowy wodoru a właściwości

H

2

HD

D

2

T

2

Temperatura

topnienia

[K]

Temperatura

wrzenia

[K]

Ciepło

topnienia

[J

·

mol

-1

]

Ciepło

dysocjacji

[kJ

·

mol

-1

]

13,95

20,38

117

435,93

16,60

22,13

155

18,73

23,57

217

443,35

20,62

25,04

445,85

Skład izotopowy wodoru a właściwości wody

H

2

O

D

2

O

T

2

O

Temp.

topn.

[K]

G

ę

sto

ść

w 298 K

[g

·

cm

-3

]

Ciepło

parowania

[kJ

·

mol

-1

]

Temp.

wrz.

[K]

Iloczyn
jonowy

298 K

273,15 373,15 0,99701

40,66

1

·

10

-14

276,97 374,57

1,1044

41,67

0,16

·

10

-14

277,44 374,66

1,2138

„Ciężka” woda

Reakcje wodoru

H

2

O

2

H

2

O

HX

NH

3

metale

1 i 2 grupy

wodorki

typu soli

pozostałe

metale

wodorki

metaliczne

metal

CO

CH

3

OH, C

m

H

n

zależnie od warunków

C

n

H

2n+2

węglowodory

nasycone

Wodorki - związki pierwiastków z wodorem

Klasyfikacja wodorków:

1. wodorki typu soli,

2. wodorki kowalencyjne,

3. wodorki metaliczne,

Wodorki typu soli

zawierają jon

H

-

- silną zasadę (stopień

utlenienia wodoru wynosi - I); tworzą je metale 1 i 2 grupy
u.o. oraz glin i lantanowce

2

1

2

1

OH

H

O

H

H

-

2

2

Z

K

K

Z

+

+

bardzo mocna zasada,

odbiera proton wodzie

+

+

+

+

2

2

3

2

2

H

NaNH

NH

NaH

H

NaOH

O

H

NaH

Wodorki kowalencyjne

Tworzą je pierwiastki z grup 13-17 układu
okresowego. Wiązania atomowe spolaryzowane
(wodór jest przeważnie ‘biegunem dodatnim’).
Wodorki C, Si, Ge tworzą szeregi homologiczne.

Stopień utlenienia wodoru +1

Występuje w nich

wiązanie wodorowe

100

0

-100

-200

T[ºC]

Temperatura

topnienia

Temperatura

wrzenia

Skutki występowania wiązania wodorowego

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

HF

HCl

HBr

HI

H

2

O

H

2

S

H

2

S e

H

2

T e

NH

3

PH

3

CH

4

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

HF

HCl

HBr

HI

H

2

O

H

2

S

H

2

S e

H

2

T e

NH

3

PH

3

CH

4

Własności

wodorków

niektórych

pierwiastków

niemetalicznych

odpowiadają

znacznie wyższej

masie

cząsteczkowej niż

wynika to z ich

wzoru

background image

2013-04-14

3

Wodorki metaliczne

Tworzą je metale grup przejściowych. Atomy
wodoru mieszczą się pomiędzy gęsto
upakowanymi atomami metalu. Często mają
skład o osobliwej stechiometrii ...

TiH

1,78

, VH

0,6

itd. Pd

2

H, PdH

0,6

Wiele pierwiastków przejściowych (metali)
pochłania wodór ...

Połączenia boru z wodorem

(coś wyjątkowego)

Borowodór o wzorze BH

3

- nie występuje

Znane są dwa szeregi homologiczne:

B

n

H

n+4

: B

2

H

6

, B

5

H

9

, B

6

H

10

, B

10

H

14

.....

B

n

H

n+6

B

4

H

10

, B

5

H

11

, B

9

H

15

.....

Bor ma tylko trzy elektrony (1s

2

2s

2

2p

1

), a

wodór tylko jeden ...

Wiązania w cząsteczce i jej niezwykły kształt
tłumaczy się hybrydyzacją sp

3

orbitali

atomów boru ...

Struktura cząsteczki B

2

H

6

B

B

H

B

B

H

B

B

H

H

H

H

H

H

orbital

trójcentrowy

zdelokalizowany

Struktura cząsteczki B

2

H

6

B

B

H

H

H

H

H

H

100

°°°°

133 pm

121,5

°°°°

119 pm

90

°°°°

Orbitale zlokalizowane i zdelokalizowane

”Zwykłe” wiązanie chemiczne

opisujemy kombinacją

liniową dwóch orbitali atomowych. Efektem nakładania
się tych dwóch orbitali jest zwiększenie gęstości ładunku
pomiędzy jądrami (

σ

) lub powyżej i poniżej płaszczyzny

wiązania (

π

).

Taki orbital molekularny nazywamy zlokalizowanym

.

Aby opisać niektóre wiązania, musimy uwzględnić udział
w kombinacji liniowej orbitali

3 - lub więcej -

atomów).

Efektem nakładanie się trzech (lub większej liczby)
orbitali atomowych jest orbital, w którym gęstość ładunku
rośnie w okolicy trzech (lub większej ilości) jąder. Może
on mieć charakter orbitalu

σ

lub

π

(najczęściej).

Taki orbital molekularny nazywamy zdelokalizowanym

.

HELOWCE

o

Zwane tradycyjnie gazami szlachetnymi

o

Konfiguracja elektronowa w stanie podstawowym:

ns

2

np

6

o

Nie tworzą cząsteczek dwuatomowych i

potrafimy (?)

dowieść dlaczego ...

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Temperatura

wrzenia [K]

4,2

27

87

120

166

211

Temperatura

topnienia [K]

0,9

24

84

116

161

202

Energia jonizacji

[MJ·mol

-1

]

2,37

2,08

1,52

1,35

1,17

1,04

background image

2013-04-14

4

Czy helowce tworzą zwiazki chemiczne ?

Helowce

- gazy szlachetne - mają

całkowicie zapełnioną

powłokę walencyjną

i nie tworzą w związku z tym

żadnych związków ... bo nie mogą (?)

Klatraty

są to kryształy zwiazków organicznych, np.

hydrochinonu, które w ‘pustych’ przestrzeniach
zawierają proste cząsteczki (np. H

2

S, HCl lub atomy

helowca). Nie są to

‘prawdziwe’ zwiazki chemiczne

(brak w nich wiązań), pomimo tego, że zawartość
helowca pozostaje często w stałym stosunku
‘stechiometrycznym’ (ilościowym) do matrycy ...

Związki chemiczne helowców ?

PtF

6

jest związkiem silnie utleniającym, utlenia nawet

cząsteczkę tlenu (energia jonizacji

1,177 MJ · mol

-1

):

6

2

6

2

PtF

O

PtF

O

→

+

0

+VI

-1

+V

-1

zwiazek jonowy

O

2

+

- kation

heksafluoroplatynian

dwuoksygenylu

6

6

XePtF

PtF

Xe

→

+

0

+VI

-1

+1

+V

-1

heksafluoroplatynian

ksenonu

czerwonopomarańczowy

związek jonowy

Neil Bartlett,

23.03.1962 !

Reakcje XePtF

6

Xe

]

Xe[PtF

2XePtF

2

6

430K

ogrzewanie

6

+

>

Ten związek ulega hydrolizie:

2

2

2

6

PtO

12HF

O

2Xe

O

H

2XePtF

+

+

+

+

Xe + nPtF

6

Xe[PtF

6

]

n

1

≤≤≤≤

n

≤≤≤≤

2

Xe + nRuF

6

Xe[RuF

6

]

n

Xe + nRhF

6

Xe[RhF

6

]

n

Fluorki ksenonu

2

K

670

2

XeF

F

Xe

 →

+

4

2

2

XeF

F

XeF

→

+

6

2

4

XeF

F

XeF

→

+

Ksenon występuje w swoich związkach

na stopniach utlenienia od

+I

do

+VIII

Howard Claasen, John Malm i Henry Selig 1962:
Rudolf Hoppe
, 1962:

Wiązania chemiczne w związkach ksenonu

Jak to w ogóle jest możliwe, że gaz szlachetny o

całkowicie

zapełnionej powłoce walencyjnej

tworzy wiązania chemiczne ?

Spróbujmy zastosować teorię orbitali
molekularnych ...

-

+

-

+

-

+

F

a

orbital 2p

x

fluoru a,

1 elektron

F

b

orbital 2p

x

fluoru b,

1 elektron

Xe

orbital 5p

x

ksenonu,

2 elektrony

x

Orbitale cząsteczkowe w XeF

2

Xe

F

a

F

b

XeF

2

+

-

+

- -

+

+

-

+

-

-

+

-

+ -

+

orbital wiążący

orbital antywiążący

orbital niewiążący

x

F

Xe

F

background image

2013-04-14

5

x

z

y

Wiązania we fluorkach ksenonu

Cząsteczka

XeF

2

jest liniowa, choć nie zachodzi

hybrydyzacja sp orbitali atomu ksenonu ...

XeF

4,

kwadrat

dwa prostopadłe orbitale

zdelokalizowane

XeF

6

, oktaedr

trzy prostopadłe orbitale

zdelokalizowane

x

y

Reakcje fluorków ksenonu

+

+

+

2

5

6

HF

XeF

HF

XeF

7

6

CsXeF

XeF

CsF

+

↑↑↑↑

kwas

Lewisa

6

8

2

7

XeF

XeF

Cs

2CsXeF

+

związek

dość trwały

Hydroliza fluorków ksenonu

2HF

XeOF

O

H

XeF

4

2

6

+

+

4HF

F

XeO

O

H

2

XeF

2

2

2

6

+

+

6HF

XeO

O

H

3

XeF

3

2

6

+

+

XeO

3

- trójtlenek ksenonu ma własności

utleniające; ulega też dysproporcjonowaniu:

( )

O

H

O

Xe

XeO

Ba

OH

Ba

2

2XeO

2

2

6

2

2

3

+

+

+

+

+VI

+VIII

0

0

Ksenonian (VIII) baru albo nadksenonian baru

Wiązania w związkach ksenonu

Cząsteczka XeO

3

,

hybrydyzacja sp

3

Kryształ XeF

2

typowy kryształ

molekularny

Xe

O

O

O

Chemia ksenonu – klasyfikacja związków

Stopień

utlenienia

Wzór

Postać

Struktura

+IV

XeF

4

kryst., bezb.

kwadrat

+I

XePtF

6

kryst.,

pom.

jonowy

+VI

XeF

6

kryst., bezb.

oktaedr, trwały

Cs

2

XeF

8

kryst.,

żółty

jonowy

XeO

2

F

2

bezbarwny

nietrwały

XeO

3

bezbarwny

piramida, wybuchowy

+VIII

XeO

4

bezbarwny

tetraedr,

wybuchowy

XeO

6

4-

aniony

HXeO

6

-3

, H

2

XeO

6

-2

, H

3

XeO

6

-

+II

XeF

2

kryst., bezb.

liniowa

Jeszcze o chemii helowców

Obecnie znanych jest kilkaset związków ksenonu;

Istnienie związków ksenonu przeczy ostatecznie
uprzywilejowanej „konfiguracji oktetu
elektronowego”
;

Innym helowcem, którego związki udało się otrzymać
jest krypton – KrF

2

(G.Pimentel, J.Turner 1963) ma

taką samą strukturę elektronową jak XeF

2

;

KrF

2

jest silnym utleniaczem, trwałym w niskich

temparaturach:

KrF

4

– (A. Grosse ze współpr. 1963) – jak XeF

4

;

Nie udało się – jak dotąd – otrzymać żadnego związku
pozostałych helowców

3Kr

XeF

Xe

3KrF

6

2

+

→

+


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
05 Majid 5744 Nieznany (2)
cw PAiTS 05 id 122324 Nieznany
2015 04 09 08 25 05 01id 28644 Nieznany (2)
NAI2006 05 id 313056 Nieznany
05 Spoinyid 5835 Nieznany
matma dyskretna 05 id 287941 Nieznany
cwiczenie 05 id 125057 Nieznany
05 Wykonywanie, odczytywanie i Nieznany
05 Occhid 5768 Nieznany (2)
714[01] Z1 05 Malowanie farba e Nieznany
1 10id 8308 Nieznany (2)
05 TSid 5852 Nieznany (2)
05 Wodaid 5865 Nieznany (2)
pp test odp zima 05 air boratyn Nieznany
lab pwsp 05 id 258618 Nieznany
Zestaw 05 id 587909 Nieznany
05 5id 5463 Nieznany (2)
2009 10 05 praid 26669 Nieznany
26429 05 id 31506 Nieznany

więcej podobnych podstron