ZWIĄZKI

ZWIĄZKI

HELOWCÓW

HELOWCÓW



Związki helowców jako wyjątek

Związki helowców jako wyjątek

teorii oktetu elektronowego

teorii oktetu elektronowego



Wyjaśnienie trwałości związków

Wyjaśnienie trwałości związków

helowców w oparciu o teorię

helowców w oparciu o teorię

orbitali molekularnych

orbitali molekularnych



Przykłady związków helowców

Przykłady związków helowców



Struktura cząsteczek związków

Struktura cząsteczek związków

helowców wg teorii VSEPR.

helowców wg teorii VSEPR.



Związki helowców jako wyjątek

Związki helowców jako wyjątek

teorii oktetu elektronowego:

teorii oktetu elektronowego:

Helowce bardzo opornie wchodzą w

Helowce bardzo opornie wchodzą w

reakcje chemiczne. Z tych samych

reakcje chemiczne. Z tych samych

względów atomy helowców nie łączą się

względów atomy helowców nie łączą się

między sobą i nie tworzą cząsteczek

między sobą i nie tworzą cząsteczek

dwuatomowych. Tworzenie wiązań między

dwuatomowych. Tworzenie wiązań między

atomami związane jest zawsze ze

atomami związane jest zawsze ze

zmianami w zewnętrznych powłokach

zmianami w zewnętrznych powłokach

elektronowych. Chemiczna bierność

elektronowych. Chemiczna bierność

helowców i ich wysokie energie jonizacji

helowców i ich wysokie energie jonizacji

wskazują na szczególną trwałość

wskazują na szczególną trwałość

zewnętrznych powłok elektronowych tych

zewnętrznych powłok elektronowych tych

pierwiastków.

pierwiastków.

Hel ma na zewnętrznej powłoce dwa

Hel ma na zewnętrznej powłoce dwa

elektrony, czyli tzw. dublet elektronowy

elektrony, czyli tzw. dublet elektronowy

(na pierwszej powłoce nie może być ich

(na pierwszej powłoce nie może być ich

więcej 1s

więcej 1s

2

2

), pozostałe mają ich osiem

), pozostałe mają ich osiem

(oktet).

(oktet).

Wiadomo, że między elektronami powinna

Wiadomo, że między elektronami powinna

działać siła odpychania. Wiadomo jednak

działać siła odpychania. Wiadomo jednak

również, że dookoła przewodnika

również, że dookoła przewodnika

elektrycznego, w którym płynie prąd

elektrycznego, w którym płynie prąd

elektryczny (ruch elektronów), powstaje

elektryczny (ruch elektronów), powstaje

pole magnetyczne. Wirujący elektron

pole magnetyczne. Wirujący elektron

wytwarza więc pole magnetyczne,

wytwarza więc pole magnetyczne,

którego bieguny uzależnione są od jego

którego bieguny uzależnione są od jego

krętu (spinu).

krętu (spinu).

Między dwoma elektronami wirującymi w

Między dwoma elektronami wirującymi w

przeciwnych kierunkach (mającymi

przeciwnych kierunkach (mającymi

przeciwne spiny) obok siły

przeciwne spiny) obok siły

elektrostatycznego odpychania działa

elektrostatycznego odpychania działa

również siła magnetycznego

również siła magnetycznego

przyciągania. Dwa elektrony w jednym

przyciągania. Dwa elektrony w jednym

orbitalu mogą więc tworzyć trwałą parę

orbitalu mogą więc tworzyć trwałą parę

(tzw. dublet elektronowy), o ile mają

(tzw. dublet elektronowy), o ile mają

przeciwne spiny. Jest to zgodne z tzw.

przeciwne spiny. Jest to zgodne z tzw.

zakazem Pauliego. Takie dwa elektrony

zakazem Pauliego. Takie dwa elektrony

nazywamy elektronami sparowanymi

nazywamy elektronami sparowanymi

(tworzącymi parę).

(tworzącymi parę).

Atomy tracą elektrony lub je przyłączają

Atomy tracą elektrony lub je przyłączają

osiągając w ten sposób powłokę

osiągając w ten sposób powłokę

zewnętrzną najbliższego helowca. W 1917

zewnętrzną najbliższego helowca. W 1917

r. Kassel podał tzw. teorię oktetu zgodnie z

r. Kassel podał tzw. teorię oktetu zgodnie z

którą naturalną tendencją atomów jest

którą naturalną tendencją atomów jest

uzupełnianie powłoki walencyjnej do ośmiu

uzupełnianie powłoki walencyjnej do ośmiu

elektronów (oktet). Z tego względu atomy

elektronów (oktet). Z tego względu atomy

pierwiastków grupy IA tracą po jednym

pierwiastków grupy IA tracą po jednym

elektronie, grupy IIA- dwa, IIIA- trzy, itp.

elektronie, grupy IIA- dwa, IIIA- trzy, itp.

Analogicznie atomy pierwiastków grupy

Analogicznie atomy pierwiastków grupy

VIIA przyjmują po jednym elektronie, a VIA-

VIIA przyjmują po jednym elektronie, a VIA-

dwa. Każdy z tych procesów prowadzi do

dwa. Każdy z tych procesów prowadzi do

uzyskania zewnętrznej powłoki

uzyskania zewnętrznej powłoki

ośmioelektronowej.

ośmioelektronowej.

Atomy metali w celu osiągnięcia trwałości

Atomy metali w celu osiągnięcia trwałości

oddają elektrony zaś niemetale przyjmują

oddają elektrony zaś niemetale przyjmują

elektrony. To jest niepisana reguła.

elektrony. To jest niepisana reguła.



Wyjaśnienie trwałości związków

Wyjaśnienie trwałości związków

helowców w oparciu o teorię orbitali

helowców w oparciu o teorię orbitali

molekularnych

molekularnych

Rozpatrzmy układ złożony z dwóch atomów

Rozpatrzmy układ złożony z dwóch atomów

helu a więc układ zawierający dwa jądra

helu a więc układ zawierający dwa jądra

helu i cztery elektrony. Atomy helu wykazują

helu i cztery elektrony. Atomy helu wykazują

konfigurację 1s

konfigurację 1s

2

2

. Jeżeli jądra helu znalazłyby

. Jeżeli jądra helu znalazłyby

się w odległości na tyle małej że pokrywanie

się w odległości na tyle małej że pokrywanie

orbitali atomowych byłoby już znaczne to

orbitali atomowych byłoby już znaczne to

zachowanie elektronów opisywałyby lepiej

zachowanie elektronów opisywałyby lepiej

orbitale cząsteczkowe: wiążące

orbitale cząsteczkowe: wiążące

δ

δ

1s oraz

1s oraz

antywiążące

antywiążące

δ

δ

*1s niż orbitale atomowe 1s.

*1s niż orbitale atomowe 1s.

Schemat energetyczny tych orbitali

jakościowo nie różni się od schematu

energetycznego dla cząsteczki

wodoru. W przypadku cząsteczek He

2

na poziomach energetycznych orbitali

molekularnych znalazłoby się jednak

nie dwa ale cztery elektrony, co dałoby

konfigurację elektronową (δ1s)

2

(δ*1s)

2.

Poziom energetyczny

wiążącego orbitalu cząsteczkowego

δ1s leży bliżej poziomu orbitali

atomowych 1s niż poziom

energetyczny odpowiadający

antywiążącemu orbitalowi δ*1s.

Energia potrzebna do przeniesienia

elektronu z orbitalu 1s na orbital

antywiążący δ*1s jest większa niż energia

którą się zyskuje podczas przejścia

elektronu z orbitalu atomowego 1s na

wiążący orbital cząsteczkowy δ1s. W

rezultacie utworzenie cząsteczki He

2

zawierającej dwa elektrony na orbitalu

wiążącym oraz dwa na orbitalu

antywiążącym wymagałoby pewnego

nakładu energii tzn. dałoby układ

bogatszy w energię i mniej trwały niż dwa

oddziaływujące na siebie atomy helu.

Dlatego hel nie tworzy nigdy obojętnych

cząsteczek dwuatomowych.

Uwzględnić trzeba fakt, że przedstawiony

Uwzględnić trzeba fakt, że przedstawiony

schemat energetyczny dopuszcza utworzenie

schemat energetyczny dopuszcza utworzenie

zjonizowanej cząsteczki He

zjonizowanej cząsteczki He

2

2

+

+

. Zawiera ona

. Zawiera ona

łącznie trzy elektrony zachowanie dwóch

łącznie trzy elektrony zachowanie dwóch

spośród nich opisuje wiążący orbital

spośród nich opisuje wiążący orbital

cząsteczkowy, zachowanie trzeciego – orbital

cząsteczkowy, zachowanie trzeciego – orbital

antywiążący. Jonowi He

antywiążący. Jonowi He

2

2

+

+

odpowiada zatem

odpowiada zatem

konfiguracja elektronowa

konfiguracja elektronowa

(

(

δ

δ

1s)

1s)

2

2

(

(

δ

δ

*1s

*1s

)1.

)1.

W tym

W tym

przypadku więcej energii zostaje oddane na

przypadku więcej energii zostaje oddane na

skutek umieszczenia dwóch elektronów na

skutek umieszczenia dwóch elektronów na

poziomie energetycznym orbitalu wiążącego

poziomie energetycznym orbitalu wiążącego

niż zostaje pochłonięte na skutek

niż zostaje pochłonięte na skutek

umieszczenia jednego elektronu na poziomie

umieszczenia jednego elektronu na poziomie

.

.

energetycznym orbitalu antywiążącego.

energetycznym orbitalu antywiążącego.

W rezultacie jon He

W rezultacie jon He

2

2

+

+

jest uboższy w

jest uboższy w

energię od układu złożonego z

energię od układu złożonego z

oddziaływujących na siebie atomu He i

oddziaływujących na siebie atomu He i

jonu He

jonu He

+

+

i wykazuje większą trwałości.

i wykazuje większą trwałości.

Pojawienie się jonów He

Pojawienie się jonów He

2

2

+

+

stwierdzono

stwierdzono

w helu poddanym działaniu wyładowań

w helu poddanym działaniu wyładowań

elektrycznych.

elektrycznych.



Przykłady związków helowców

Przykłady związków helowców

Odkrywcom helowców Rayleigh’owi i

Odkrywcom helowców Rayleigh’owi i

Ramsay’owi nie udało się wykryć żadnej

Ramsay’owi nie udało się wykryć żadnej

reakcji chemicznej w którą wchodziłby gaz

reakcji chemicznej w którą wchodziłby gaz

szlachetny mimo wielu prób. Nawet w

szlachetny mimo wielu prób. Nawet w

środowisku bardzo aktywnym pod względem

środowisku bardzo aktywnym pod względem

chemicznym. Stwierdzili że gazy nie ulegają

chemicznym. Stwierdzili że gazy nie ulegają

działaniu tlenu, magnezu, wodoru, chloru,

działaniu tlenu, magnezu, wodoru, chloru,

par siarki na zimo ani gorąco. Nawet

par siarki na zimo ani gorąco. Nawet

wykrycie związków klatratowych helowców

wykrycie związków klatratowych helowców

nie przełamało tego twierdzenia.

nie przełamało tego twierdzenia.

Klatraty

Klatraty

(czyli z łacińskiego zamknięty w klatce) –

(czyli z łacińskiego zamknięty w klatce) –

stanowią bardzo specyficzny typ połączeń.

stanowią bardzo specyficzny typ połączeń.

Klatrat - kompleks klatratowy, sieć typu gość-

Klatrat - kompleks klatratowy, sieć typu gość-

gospodarz - to struktura nadcząsteczkowa, w

gospodarz - to struktura nadcząsteczkowa, w

której występuje regularna sieć krystaliczna

której występuje regularna sieć krystaliczna

jednego związku chemicznego, wewnątrz

jednego związku chemicznego, wewnątrz

której równie regularnie są zaokludowane

której równie regularnie są zaokludowane

(uwięzione) cząsteczki innego związku

(uwięzione) cząsteczki innego związku

chemicznego.

chemicznego.

Klatraty stanowią rodzaj szerszej grupy tego

Klatraty stanowią rodzaj szerszej grupy tego

rodzaju struktur nadcząsteczkowych

rodzaju struktur nadcząsteczkowych

nazywających się wspólnie klasterami.

nazywających się wspólnie klasterami.

Związki te w czasie tworzenia są w stanie

Związki te w czasie tworzenia są w stanie

wchłonąć inne substancje małocząsteczkowe.

wchłonąć inne substancje małocząsteczkowe.

Rozpadają się w czasie topnienia.

Rozpadają się w czasie topnienia.

Przykładem klatratu jest hydrochinon,

Przykładem klatratu jest hydrochinon,

który potrafi "wchłonąć" siarkowodór,

który potrafi "wchłonąć" siarkowodór,

dwutlenek siarki, cyjanowodór i

dwutlenek siarki, cyjanowodór i

chlorowodór.

chlorowodór.

Najbardziej znanymi przykładami

Najbardziej znanymi przykładami

klatratów tworzących się z udziałem

klatratów tworzących się z udziałem

helowców są klatraty w których sieć

helowców są klatraty w których sieć

macierzystą tworzy hydrochinon

macierzystą tworzy hydrochinon

C

C

6

6

H

H

4

4

(OH)

(OH)

2

2

. powstają one podczas

. powstają one podczas

krystalizacji hydrochinonu z roztworów:

krystalizacji hydrochinonu z roztworów:

benzenowego lub wodnego nasyconych

benzenowego lub wodnego nasyconych

argonem, kryptonem lub ksenonem pod

argonem, kryptonem lub ksenonem pod

zwiększonym ciśnieniem. Zawierają one

zwiększonym ciśnieniem. Zawierają one

nieco mniej niż jeden atom helowca na 3

nieco mniej niż jeden atom helowca na 3

cząsteczki hydrochinonu.

cząsteczki hydrochinonu.

Klatrat argonu uzyskany pod ciśnienem 40

Klatrat argonu uzyskany pod ciśnienem 40

atm ma skład [C

atm ma skład [C

6

6

H

H

4

4

(OH)

(OH)

2

2

]

]

3

3

0,8Ar, klatrat

0,8Ar, klatrat

ksenonu uzyskany pod ciśnieniem 14 atm –

ksenonu uzyskany pod ciśnieniem 14 atm –

skład [C

skład [C

6

6

H

H

4

4

(OH)

(OH)

2

2

]

]

3

3

0,88Xe.

0,88Xe.

Gazy te można łatwo odzyskać rozpuszczając

Gazy te można łatwo odzyskać rozpuszczając

klatrat np. w alkoholu metylowym lub

klatrat np. w alkoholu metylowym lub

odgrzewając go do 120

odgrzewając go do 120

o

o

C.

C.

Klatraty tworzone są przez wszystkie gazy

Klatraty tworzone są przez wszystkie gazy

szlachetne z wyjątkiem helu. Związkami tego

szlachetne z wyjątkiem helu. Związkami tego

typu są także hydraty helowców. W hydratach

typu są także hydraty helowców. W hydratach

o wzorze Y*5,75H

o wzorze Y*5,75H

2

2

O (Y- atom helowca)

O (Y- atom helowca)

cząsteczki wody krzepnące w obecności

cząsteczki wody krzepnące w obecności

helowca układają się w taką strukturę

helowca układają się w taką strukturę

krystaliczną że komórka elementarna

krystaliczną że komórka elementarna

zawiera 46 cząsteczek wody pomiędzy którymi

zawiera 46 cząsteczek wody pomiędzy którymi

znajduje się 8 luk, dwie mniejsze i sześć

znajduje się 8 luk, dwie mniejsze i sześć

większych zdolnych pomieścić atom helowca.

większych zdolnych pomieścić atom helowca.

Również w tym przypadku pomiędzy

Również w tym przypadku pomiędzy

uwięzionymi atomami helowców a

uwięzionymi atomami helowców a

cząsteczkami wody tworzącymi sieć

cząsteczkami wody tworzącymi sieć

krystaliczną nie tworzą się wiązania

krystaliczną nie tworzą się wiązania

chemiczne, występują tylko słabe siły

chemiczne, występują tylko słabe siły

międzycząsteczkowe.

międzycząsteczkowe.

Dopiero w 1960 roku Bartlett udowodnił że

Dopiero w 1960 roku Bartlett udowodnił że

krypton, ksenon i radon mogą tworzyć

krypton, ksenon i radon mogą tworzyć

prawdziwe związki chemiczne tzn. takie w

prawdziwe związki chemiczne tzn. takie w

których występują normalne wiązania

których występują normalne wiązania

chemiczne. Działając tlenem na

chemiczne. Działając tlenem na

sześciofluorek platyny otrzymał już w

sześciofluorek platyny otrzymał już w

temperaturze pokojowej związek O

temperaturze pokojowej związek O

2

2

PtF

PtF

6

6

nazywany sześciofluoroplatynianem

nazywany sześciofluoroplatynianem

dwuoksygenylu

dwuoksygenylu

O

O

2

2

+PtF

+PtF

6

6

= O

= O

2

2

PtF

PtF

6

6

O utworzeniu związku jonowego O

O utworzeniu związku jonowego O

2

2

PtF

PtF

6

6

z

z

tlenu i z PfF

tlenu i z PfF

6

6

decyduje nie tylko zdolność

decyduje nie tylko zdolność

cząsteczki PfF

cząsteczki PfF

6

6

do odbierania elektronów

do odbierania elektronów

ale również cząsteczki O

ale również cząsteczki O

2

2

do ich

do ich

oddawania. Miarą tej ostatniej zdolności

oddawania. Miarą tej ostatniej zdolności

jest energia jonizacji cząsteczki O

jest energia jonizacji cząsteczki O

2

2

wynosząca 281,3 kcal/mol. Energia ta

wynosząca 281,3 kcal/mol. Energia ta

nieznacznie różni się od energii jonizacji

nieznacznie różni się od energii jonizacji

ksenonu równej 279,6 kcal/mol.

ksenonu równej 279,6 kcal/mol.

Właśnie ten fakt spowodował, że Bartlett

Właśnie ten fakt spowodował, że Bartlett

działając sześciofluorkiem platyny na

działając sześciofluorkiem platyny na

ksenon uzyskał związek analogiczny do

ksenon uzyskał związek analogiczny do

sześciofluoroplatynianu dwuoksygenylu. W

sześciofluoroplatynianu dwuoksygenylu. W

temperaturze pokojowej działając

temperaturze pokojowej działając

ksenonem na sześciofluorek platyny

ksenonem na sześciofluorek platyny

otrzymał czerwonopomarańczowony stały

otrzymał czerwonopomarańczowony stały

sześciofluoroplatynian ksenonu.

sześciofluoroplatynian ksenonu.

Xe+PtF

Xe+PtF

6

6

=XePtF

=XePtF

6

6

Związek ten ma budowę jonową i jest

Związek ten ma budowę jonową i jest

trwały w temperaturze pokojowej.

trwały w temperaturze pokojowej.

Ogrzewany temperaturach powyżej 160

Ogrzewany temperaturach powyżej 160

o

o

C

C

oddaje częściowo ksenon i przechodzi w

oddaje częściowo ksenon i przechodzi w

związek o składzie (XePtF

związek o składzie (XePtF

6

6

)

)

2

2

, ciało stałe o

, ciało stałe o

barwie czerwonej. Z wodą XePtF

barwie czerwonej. Z wodą XePtF

6

6

ulega

ulega

gwałtownej reakcji hydrolizy.

gwałtownej reakcji hydrolizy.

2XePtF

2XePtF

6

6

+6H

+6H

2

2

O=2Xe+O

O=2Xe+O

2

2

+12HF+2PtO

+12HF+2PtO

2

2

Znamy połączenia argonu, kryptonu,

Znamy połączenia argonu, kryptonu,

ksenonu głównie z fluorkiem i tlenkiem.

ksenonu głównie z fluorkiem i tlenkiem.

Nie udało się natomiast uzyskać połączeń

Nie udało się natomiast uzyskać połączeń

helu i neonu. Na drodze doświadczalnej

helu i neonu. Na drodze doświadczalnej

otrzymano też czterofluorek ksenonu

otrzymano też czterofluorek ksenonu

ogrzewając w zamkniętym naczyniu

ogrzewając w zamkniętym naczyniu

niklowym mieszaninę fluoru i ksenonu w

niklowym mieszaninę fluoru i ksenonu w

temperaturze 40

temperaturze 40

o

o

C a następnie

C a następnie

ochładzając ją gwałtownie do

ochładzając ją gwałtownie do

temperatury pokojowej.

temperatury pokojowej.

Obecnie znamy wiele fluorków

Obecnie znamy wiele fluorków

otrzymanych w reakcji gazu szlachetnego

otrzymanych w reakcji gazu szlachetnego

bezpośrednio z fluorem, lub takimi

bezpośrednio z fluorem, lub takimi

środkami fluorującymi jak OF

środkami fluorującymi jak OF

2

2

, PtF

, PtF

6

6

, CF

, CF

4

4

,

,

stosując przy tym zależnie od potrzeby

stosując przy tym zależnie od potrzeby

podwyższoną temperaturę i ciśnienie,

podwyższoną temperaturę i ciśnienie,

wyładowania elektryczne, nadświetlnie

wyładowania elektryczne, nadświetlnie

promieniami nadfioletowymi.

promieniami nadfioletowymi.

We wszystkich fluorkach podobnie jak i w

We wszystkich fluorkach podobnie jak i w

pozostałych związkach helowce występują

pozostałych związkach helowce występują

na dodatnich stopniach utlenienia, przy

na dodatnich stopniach utlenienia, przy

czym przyjmują stopień utlenienia od +1

czym przyjmują stopień utlenienia od +1

do +8.

do +8.

Najczęściej jednak +6, +2, +4. Stosunkowo

Najczęściej jednak +6, +2, +4. Stosunkowo

najlepiej poznanymi fluorkami helowców są:

najlepiej poznanymi fluorkami helowców są:

dwu-, cztero-, i sześciofluorek ksenonu, np.

dwu-, cztero-, i sześciofluorek ksenonu, np.

XeF

XeF

4

4

+ 2H

+ 2H

2

2





Xe + 4HF (temp. 400

Xe + 4HF (temp. 400

o

o

C)

C)

W zetknięciu z parami rtęci XeF

W zetknięciu z parami rtęci XeF

2

2

już w

już w

temperaturze pokojowej a XeF

temperaturze pokojowej a XeF

6

6

w 100

w 100

o

o

C

C

ulegają rozkładowi

ulegają rozkładowi

XeF

XeF

6

6

+ 6Hg

+ 6Hg





Xe + 3Hg

Xe + 3Hg

2

2

F

F

2

2

W obecności w wody ulegają hydrolizie.

W obecności w wody ulegają hydrolizie.

Powolna hydroliza XeF

Powolna hydroliza XeF

6

6

prowadzi do

prowadzi do

powstania kwasu ksenonowego H

powstania kwasu ksenonowego H

6

6

XeO

XeO

6

6

XeF

XeF

6

6

+ 6H

+ 6H

2

2

O = H

O = H

6

6

XeO

XeO

6

6

+ 6HF

+ 6HF

znanego także w postaci soli barowej

znanego także w postaci soli barowej

Ba

Ba

3

3

XeO

XeO

6

6

. Produktami częściowej

. Produktami częściowej

hydrolizy sześciofluorku ksenony są

hydrolizy sześciofluorku ksenony są

tlenoflurki ksenonu XeOF

tlenoflurki ksenonu XeOF

4

4

oraz XeO

oraz XeO

2

2

F

F

2.

2.

Produktem hydrolizy może być także

Produktem hydrolizy może być także

trójtlenek ksenonu XeO

trójtlenek ksenonu XeO

3

3

, higroskopijne

, higroskopijne

ciało stałe rozkładające się wybuchowo.

ciało stałe rozkładające się wybuchowo.



Struktura cząsteczek związków helowców wg

Struktura cząsteczek związków helowców wg

teorii VSEPR

teorii VSEPR

Dwufluorek

Dwufluorek

ksenonu, kryptonu wykazuje budowę

ksenonu, kryptonu wykazuje budowę

liniową natomiast czterofluorki ksenonu i kryptonu

liniową natomiast czterofluorki ksenonu i kryptonu

wykazują płaską strukturę kwadratową,

wykazują płaską strukturę kwadratową,

sześciofluorek ksenonu strukturę oktaedryczną,

sześciofluorek ksenonu strukturę oktaedryczną,

tlenofluorek XeOF

tlenofluorek XeOF

4

4

strukturę piramidy kwadratowej.

strukturę piramidy kwadratowej.

Struktura cząsteczki XeF2

Struktura cząsteczki XeF

Struktura cząsteczki XeF

4

4

Struktura XeF

Struktura XeF

6

6

Struktura cząsteczki XeOF

Struktura cząsteczki XeOF

4

4

W przypadku dwufluorku ksenonu XeF

W przypadku dwufluorku ksenonu XeF

2

2

mamy do

mamy do

czynienia z orbitalami cząsteczkowymi

czynienia z orbitalami cząsteczkowymi

δ

δ

trójcentrowymi a więc z orbitalami zdelokalizowanymi,

trójcentrowymi a więc z orbitalami zdelokalizowanymi,

które powstają w wyniku pokrywania się orbitalu 5p

które powstają w wyniku pokrywania się orbitalu 5p

x

x

ksenonu z orbitalami 2p

ksenonu z orbitalami 2p

x

x

obu atomów fluoru.

obu atomów fluoru.

Pokrywanie się orbitali atomowych w cząsteczce XeF2

Tworzy się jeden orbital zdelokalizowany

Tworzy się jeden orbital zdelokalizowany

wiążący

wiążący

δ

δ

, jeden niewiążący

, jeden niewiążący

δ

δ

0

0

oraz

oraz

jeden antywiążący

jeden antywiążący

δ

δ

*. Energia

*. Energia

odpowiadająca orbitalowi

odpowiadająca orbitalowi

δ

δ

jest niższa od

jest niższa od

energii któregokolwiek z orbitali

energii któregokolwiek z orbitali

atomowych tworzących kombinację

atomowych tworzących kombinację

liniową. Energia odpowiadająca orbitalowi

liniową. Energia odpowiadająca orbitalowi

niewiążącemu

niewiążącemu

δ

δ

0

0

jest taka sama lub

jest taka sama lub

bardzo bliska energii odpowiadającej

bardzo bliska energii odpowiadającej

orbitalom atomowym 2p

orbitalom atomowym 2p

x

x

fluoru. Energia

fluoru. Energia

odpowiadająca orbitalowi antywiążącemu

odpowiadająca orbitalowi antywiążącemu

δ

δ

* jest wyższa niż energia odpowiadająca

* jest wyższa niż energia odpowiadająca

któremukolwiek z orbitali atomowych

któremukolwiek z orbitali atomowych

wchodzących w kombinację liniową.

wchodzących w kombinację liniową.

Łączna liczba elektronów walencyjnych w

Łączna liczba elektronów walencyjnych w

atomach z których powstała cząsteczka

atomach z których powstała cząsteczka

XeF

XeF

2

2

a więc w dwóch atomach fluoru i

a więc w dwóch atomach fluoru i

jednym atomie ksenonu wynosi 22. Spośród

jednym atomie ksenonu wynosi 22. Spośród

nich 18 pozostaje w cząsteczce na 9

nich 18 pozostaje w cząsteczce na 9

orbitalach atomowych które nie biorą

orbitalach atomowych które nie biorą

udziału w tworzeniu wiązań. Są to

udziału w tworzeniu wiązań. Są to

mianowicie orbitale 2s, 2p

mianowicie orbitale 2s, 2p

y

y

2p

2p

z

z

dwóch

dwóch

atomów fluoru oraz orbitale 5s, 5p

atomów fluoru oraz orbitale 5s, 5p

y

y

i 5p

i 5p

z

z

atomu ksenonu. Pozostałe 4 elektrony

atomu ksenonu. Pozostałe 4 elektrony

zajmują zdelokalizowany orbital

zajmują zdelokalizowany orbital

cząsteczkowy wiążący

cząsteczkowy wiążący

δ

δ

i orbital

i orbital

nie

nie

wiążący

wiążący

δ

δ

0

0

.

.

Prawdopodobieństwo napotkana

Prawdopodobieństwo napotkana

elektronu znajdującego się na orbitalu

elektronu znajdującego się na orbitalu

wiążącym

wiążącym

δ

δ

jest takie samo w pobliżu

jest takie samo w pobliżu

wszystkich 3 jąder atomowych.

wszystkich 3 jąder atomowych.

Prawdopodobieństwo napotkania

Prawdopodobieństwo napotkania

elektronów których zachowania opisuje

elektronów których zachowania opisuje

orbital niewiążący

orbital niewiążący

δ

δ

0

0

jest natomiast

jest natomiast

znaczne w pobliżu jąder fluoru, ale małe

znaczne w pobliżu jąder fluoru, ale małe

w sąsiedztwie jądra ksenonu.

w sąsiedztwie jądra ksenonu.

Prowadzi to do przesunięcia ładunku

Prowadzi to do przesunięcia ładunku

ujemnego od atomu ksenonu do atomu fluoru

ujemnego od atomu ksenonu do atomu fluoru

czyli do polaryzacji wytworzonego wiązania.

czyli do polaryzacji wytworzonego wiązania.

Ma ono około 35%-40% charakteru jonowego.

Ma ono około 35%-40% charakteru jonowego.

Schemat poziomów energetycznych odpowiadających

orbitalom cząsteczkowym w cząsteczce XeF2

W przypadku czterofluorku ksenonu (XeF

W przypadku czterofluorku ksenonu (XeF

4

4

)

)

przyjmuje się że mamy do czynienia z

przyjmuje się że mamy do czynienia z

dwoma zespołami trójcentrowych orbitali

dwoma zespołami trójcentrowych orbitali

cząsteczkowych –

cząsteczkowych –

δ

δ

,

,

δ

δ

0

0

i

i

δ

δ

*. Jeden z nich

*. Jeden z nich

powstaje podobnie jak w cząsteczke XeF

powstaje podobnie jak w cząsteczke XeF

2

2

w wyniku pokrywania orbitalu 5p

w wyniku pokrywania orbitalu 5p

x

x

ksenonu z orbitalami p dwóch atomów

ksenonu z orbitalami p dwóch atomów

fluoru, a drugi w wyniku podobnego

fluoru, a drugi w wyniku podobnego

pokrywania innego orbitalu p ksenonu np.

pokrywania innego orbitalu p ksenonu np.

orbitalu 5p

orbitalu 5p

y

y

z orbitalami p dalszych dwóch

z orbitalami p dalszych dwóch

atomów fluoru. Wiązania utworzone przez

atomów fluoru. Wiązania utworzone przez

zdelokalizowane orbitale

zdelokalizowane orbitale

δ

δ

są skierowane

są skierowane

tak samo jak orbitale 5p

tak samo jak orbitale 5p

x

x

i 5p

i 5p

y

y

ksenonu,

ksenonu,

tzn. że są do siebie prostopadłe.

tzn. że są do siebie prostopadłe.

Pociąga to za sobą rozmieszczenie

Pociąga to za sobą rozmieszczenie

czterech jąder atomowych fluoru w

czterech jąder atomowych fluoru w

czterech wierzchołkach kwadratu w środku

czterech wierzchołkach kwadratu w środku

którego znajduje się jądro ksenonu.

którego znajduje się jądro ksenonu.

W przypadku cząsteczki XeF

W przypadku cząsteczki XeF

6

6

przyjmuje się

przyjmuje się

trzy zespoły trójcentrowych orbitali

trzy zespoły trójcentrowych orbitali

cząsteczkowych

cząsteczkowych

δ

δ

,

,

δ

δ

0

0

i

i

δ

δ

* prostopadłych do

* prostopadłych do

siebie. Tworzą one na skutek nakładania

siebie. Tworzą one na skutek nakładania

orbitali 5p

orbitali 5p

x

x

, 5p

, 5p

y

y

, 5p

, 5p

z

z

ksenonu z orbitalami

ksenonu z orbitalami

2p sześciu atomó

2p sześciu atomó

w

w

fluoru. W modelu takim

fluoru. W modelu takim

jądra muszą być rozmieszczone w sześciu

jądra muszą być rozmieszczone w sześciu

narożach ośmiościanu foremnego.

narożach ośmiościanu foremnego.

Bibliografia

Bibliografia



A. Bielański,

A. Bielański,

Chemia ogólna i

Chemia ogólna i

nieorganiczna

nieorganiczna

, Warszawa, 1970

, Warszawa, 1970



T. Moeller,

T. Moeller,

Chemia nieorganiczna dla

Chemia nieorganiczna dla

zaawansowanych

zaawansowanych

, Warszawa, 1959

, Warszawa, 1959



S. Tołłoczko, W. Kemula,

S. Tołłoczko, W. Kemula,

Chemia

Chemia

nieorganiczna łącznie z zasadami chemii

nieorganiczna łącznie z zasadami chemii

ogólnej

ogólnej

, Warszawa, 1956

, Warszawa, 1956



W. Trzebiatowski,

W. Trzebiatowski,

Chemia nieorganiczna,

Chemia nieorganiczna,

Warszawa

Warszawa

, 1965

, 1965



R. B. Heslop, P. L. Robinson,

R. B. Heslop, P. L. Robinson,

Chemia

Chemia

nieorganiczna

nieorganiczna

, Warszwa, 1963

, Warszwa, 1963



internet

internet