Wiązania Chemiczne
wstęp
Wiązania Chemiczne
wstęp
Wiązanie chemiczne 1
• Jest to oddziaływanie pomiędzy
atomami w efekcie obniżające energię
w porównaniu ze swobodnymi
• Różnica energii pomiędzy stanem
związanym a swobodnym (stabilizacja)
jest określona poprzez energię
potrzebną do rozerwania wiązania –
inaczej energią wiązania chemicznego
Wiązanie chemiczne 2
Stabilizacja
Siły wiążące –
przyciąganie lub
odpychanie
Wiązania jonowe
Chemiczne wiązania 3
• Przykład: NaCl (chlorek sodu)
• Stopiony NaCl przewodzi prąd elektryczny.
• Wniosek – ciekły NaCl zawiera naładowane obiekty
Te obiekty to Na
+
and Cl
-
.
Wiązania chemiczne 4
• Skąd wiadomo, że Na
+
i Cl
-
?
• Na
+
i Cl
-
mają znacznie mniejszą energię niż
atomowe Na i Cl.
•Jony działają na siebie siłą Coulomba – przyciągania
elektrostatycznego
Wiązanie jonowe
Wiązanie chemiczne 5
• Jak wielka jest energia stabilizacji?
Na
+
and Cl
-
V
Q
1
Q
2
4
o
r
2.31x10
19
J.nm
Q
1
Q
2
r
+1
-1
V
1
1
4
o
r
2.31x10
19
J.nm
1
r
8.4x10
19
J
0.276 nm
x Na
-504 kJ/mol
Wiązanie chemiczne 6
• Podane informacje dotyczyły dimerów NaCl
w fazie gazowej. W fazie stałej NaCl jest inaczej.
= Na
+
= Cl-
• Każdy jon otoczony jest 6 jonami o przeciwnym
Ładunku.
Wiązania chemiczne 7
• NaCl to przykład “
wiązania jonowego
”. W tym
przypadku elektron przechodzi z jednego atomu
do drugiego partnera
• Drugą krańcową możliwością jest wspólna para
elektronowa.
• Wspólne elektrony tworzą
wiązanie kowalencyjne
Wiązania chemiczne 7
• NaCl to przykład “
wiązania jonowego
”. W tym
przypadku elektron przechodzi z jednego atomu
do drugiego partnera
• Drugą krańcową możliwością jest wspólna para
elektronowa.
• Wspólne elektrony tworzą
wiązanie kowalencyjne
Wiązania chemiczne 8
• Rozpatrywane wiązanie H-H jest przykładem wiązania
kowalencyjnego.
Symbole Lewisa
H• 1s
1
•
• N
:
konfiguracja elektronów
•
walencyjnych
He
:
1s
2
Symbole Lewisa
•
• N
:
•
Tworzenie wzorów Lewisa
Tworzenie wiązań
Grupy, które
tracą
elektrony
Tworzenie wiązań
• Pierwiastki
przyłączające
elektrony
Wiązania chemiczne
•Jonowe wiązanie kowalencyjne wiązanie:
Co jest pomiędzy nimi?
•Wiązania kowalencyjne polarne.
Wspólne elektrony przesunięte są do
jednego z partnerów
• Przykład HF.
Moment dipolowy 1
• Dyskusja dotyczy cząsteczek
posiadających ten typ wiązań
Jeśli cząsteczki HF znajdą się w polu
elektrycznym to nastąpi ich
uporządkowanie
Oznacza to, że ładunek elektryczny
w tych cząsteczkach jest rozdzielony.
Moment dipolowy 2
• Jeśli w cząsteczce występują rozseparowane
ładunki to cząsteczka ta posiada trwały
moment dipolowy
Moment dipolowy 3
• moment dipolowy() definiujemy jako:
= QR
Wielkość ładunku
Odległość pomiędzy
ładunkami
+ center
R
Moment Dipolowy 4
• Jednostką momentu dipolowego jest Debaj (D):
D = 3.336 x 10
-30
C.m
Moment dipolowy HF wynosi 1.83 D. Jaką
wartość miałby moment dipolowy gdyby
wiązanie było całkowicie
Jonowe? (R= 92 pm)
M = (1.6 x 10
-19
C)(9.2 x 10
-11
m)
= 1.5 x 10
-29
C.m
x (1D/3.336 x 10
-30
C.m)
= 4.4
D
Moment dipolowy 5
• Geometria cząsteczki determinuje wielkość
momentu dipolowego
Moment dipolowy 6
Geometria cząsteczki decyduje o wartości momentu
dipolowego
Wypadkowy moment dipolowy = 0 (wielkość
wektorowa)
Electroujemność
• Jak przewidzieć rodzaj tworzonych
wiązań
Wydaje się, że powinowactwo
elektronowe może być wskazówką
Wprowadzono pojęcie elektroujemności
Elektroujemność
• Jest kilka definicji elektroujemności.
Często stosowana jest definicja Paulinga
• Idea: porównaj energię wiązań “HX”
Cząsteczki do uśrednionych energii HH
i XX wiązań:
Oczekiwana energia X-H = [(H-H energia)(X-X energia)]
1/2
= (H-X)
experymentalna.
- (H-X)
oczekiwana
= 0: kowalencyjna > 0: charakter jonowy
Elektroujemność - skala
Paulinga
„Czyste wiązanie” kowalencyjne
• E= 339 kJ/mol
Rzeczywiste wiązanie
• E= 432 kJ/mol
Różnica wynosi 92 kJ/mol
Różnica jest proporcjonalna do
różnicy elektroujemności
Co to jest elektroujemność
• Miara przyciągania pary elektronowej
przez atom. Ujawnia się wtedy gdy
atom tworzy wiązania chemiczne
• EN = (E + EA) / 2
Energia jonizacji E i
powinowactwo elektronowe P – skala
Millikena
Elekroujemność skala
Paulinga
Elektroujemność
•X = 0,184{ E
jonizacji
– E
powinowactwa
}
Elektroujemność
• Pauling zmodyfikował tę ideę przyjmując
wartość 4 dla fluoru a dla fransu 0,7
F = 4
Cl = 3.2
O = 3.4
C = 2.6
H = 2.2
Na = 0.9
Skala Paulinga
Elektroujemność
• Im większa różnica w elektroujemności tym
Bardziej jonowe wiązanie
Porównaj charakter wiązań w trzech
przypadkach
Cl-Cl
O-H
Na-Cl
elect
0
1.2
2.3
Zmiany
elektro-
ujemności
Porównanie energii jonizacji z
elektroujemnością w grupie 2
Wniosek
• Znaleźć teorię, która potrafi
przewidzieć energie wiązania,
kształt cząsteczki, rozkład ładunku
na atomach tworzących cząsteczkę
a więc i moment dipolowy
• TEORIA ORBITALI
MOLEKULARNYCH