1

BUDOWA CZ

Ą

STECZEK

BUDOWA CZ

Ą

STECZEK

2

WI

Ą

ZANIA W CZ

Ą

STECZKACH O RÓ

ś

NYM CHARAKTERZE

Proste

Zło

ż

one

Kowalencyjne

Jonowe

symetryczne

niesymetryczne

substancje

wi

ą

zania

cz

ą

steczki

H

2

H

2

CH

4

H

2

O

CH

4

, H

2

O

NaCl

NaCl

2

3

Pierwiastki mog

ą

uzyskiwa

ć

trwał

ą

konfiguracj

ę

walencyjn

ą

dwiema drogami :

-poprzez

wymian

ę

elektronów

–prowadzi to do

wi

ą

za

ń

jonowych (heteropolarnych),

-poprzez

uwspólnienie elektronów

– co prowadzi

do wi

ą

za

ń

kowalencyjnych (homopolarnych).

WI

Ą

ZANIA MI

Ę

DZY ATOMAMI

4

Powinowactwo chemiczne zachodzi mi

ę

dzy

atomami elektrododatnimi i elektroujemnymi.
Oktet elektronowy uzyskiwany jest poprzez
mi

ę

dzyatomow

ą

wymian

ę

elektronów.

Przykładowo dla wi

ą

zania NaCl, sód oddaje jeden

elektron i staje si

ę

jonem dodatnim, natomiast

chlor przyjmuje jeden elektron i staje si

ę

jonem

ujemnym. Chlor uzyskuje w ten sposób osiem
elektronów na powłoce walencyjnej (pozorny
oktet elektronowy).
Siła wi

ą

zania polega na elektrostatycznym

przyci

ą

ganiu si

ę

jonów (siłami Coulomba).

WI

Ą

ZANIA JONOWE

3

5

Siła elektrycznego oddziaływania s

ą

bardzo

du

ż

e. Przykładowo gdyby dwa ziarenka

piasku, le

żą

ce w odległo

ś

ci 30 m

oddziaływałyby na siebie w ten sposób, ze
wszystkie ładunki w jednym przyci

ą

gałyby

wszystkie ładunki w drugim ziarnku, to siła
wynosiłaby 3 000 000 ton. St

ą

d niewielki

nadmiar lub niedomiar ładunku wystarczy by
spowodowa

ć

dostrzegalne efekty

elektryczne.

WI

Ą

ZANIA JONOWE

6

Mechanizm tworzenia wi

ą

zania jonowego w cz

ą

steczkach NaCl

Atom sodu (Na) oddaje elektron i staje si

ę

kationem (Na+)

Na (2,8,1) - e-

Na+ (2,8)

8e

+11

2e

1e

-1e

8e

+11

2e

+1

Atom chloru (Cl) przyjmuje elektron i staje sie anionem (Cl-)

Cl (2,8,7) + e-

Cl- (2,8,8)

8e

+17

2e

7e

+1e

8e

+17

2e

8e

-1e

atom sodu

jon sodu

atom chloru

jon choru

oktet
elektronowy

4

7

Siły elektrostatycznego przyci

ą

gania utrzymuj

ą

w trwało

ś

ci cz

ą

steczk

ę

.

8e

+11

2e

+1

jon sodu

8e

+17

2e

8e

-1e

jon choru

Na+ Cl-

siła elektrostatycznego
przyci

ą

gania

8

Struktura kryształu NaCl

Zwi

ą

zki tworz

ą

ce sieci jonowe składaj

ą

si

ę

z dodatnich

i ujemnych jonów rozmieszczonych na przemian

w przestrzeni a siły oddziaływania elektrostatycznego

pomi

ę

dzy jonami s

ą

równomiernie rozło

ż

one we

wszystkich kierunkach uprzywilejowanych.

5

9

Wyst

ę

puj

ą

w cz

ą

steczkach zło

ż

onych z tego

samego pierwiastka (substancje proste np. H

2

,

O

2

,N

2

). Powstaj

ą

wskutek

uwspólnienia elektronów

,

które tworz

ą

dublet elektronowy

. Dublet tworzy

wspóln

ą

dla całej cz

ą

steczki, całkowicie zapełnion

ą

powłok

ę

elektronow

ą

. Para elektronów nale

ż

y do

obu atomów i kr

ąż

y po torze eliptycznym wokół

obu j

ą

der. Dublet mo

ż

e by

ć

utworzony przez

elektrony posiadaj

ą

ce trzy takie same liczby

kwantowe, ró

ż

ni

ą

ce si

ę

spinem.

WI

Ą

ZANIA KOWALENCYJNE

10

Mechanizm powstawania wi

ą

zania

kowalencyjnego w cz

ą

steczce wodoru

CZ

Ą

STECZKI HOMOJ

Ą

DROWE

Wi

ą

zanie pojedyncze oboj

ę

tne

1e

+1

+1

+1

2e

H

H

H

H

H

dublet
elektronowy

6

11

Mechanizm powstawania wi

ą

zania kowalencyjnego

w cz

ą

steczce chloru

CZ

Ą

STECZKI HOMOJ

Ą

DROWE

Wi

ą

zanie pojedyncze oboj

ę

tne

+17

Cl

7e

+17

6e

10e

10e

+17

6e

10e

2e

Cl

Cl

Cl

Cl

12

Mechanizm powstawania wi

ą

zania kowalencyjnego

w cz

ą

steczce azotu

CZ

Ą

STECZKI HOMOJ

Ą

DROWE

Wi

ą

zanie potrójne oboj

ę

tne

+7

N

5e

+7

2e

2e

2e

+7

2e

2e

6e

N

N

N

N

7

13

Mechanizm powstawania wi

ą

zania kowalencyjnego

spolaryzowanego w cz

ą

steczce chlorowodoru.

CZ

Ą

STECZKI HETEROJ

Ą

DROWE

Wi

ą

zanie pojedyncze spolaryzowane

+1

+17

6e

10e

2e

H

Cl

H

Cl

14

WI

Ą

ZANIE KOWALENCYJNE – CZ

Ą

STECZKI

HOMOJ

Ą

DROWE -przykłady

Wi

ą

zanie pojedyncze oboj

ę

tne

Wi

ą

zanie podwójne oboj

ę

tne

+1

+1

2e

H

H

H

H

+8

4e

2e

+8

4e

2e

4e

O

O

O

O

8

15

Wi

ą

zanie podwójne spolaryzowane

WI

Ą

ZANIE KOWALENCYJNE – CZ

Ą

STECZKI

HETEROJ

Ą

DROWE - przykłady

+8

2e

+1

+1

H

2

O

O

H

H

16

Wi

ą

zanie poczwórne oboj

ę

tne

WI

Ą

ZANIE KOWALENCYJNE – CZ

Ą

STECZKI

HETEROJ

Ą

DROWE - przykłady

+6

2e

+1

+1

CH

4

H

H

C

+1

+1

H

H

9

17

Mi

ę

dzy atomami w cz

ą

steczce istniej

ą

siły przyci

ą

gaj

ą

ce oraz

odpychaj

ą

ce. Siły przyci

ą

gaj

ą

ce s

ą

spowodowane np. oddziaływaniem

elektrostatycznym. Siły odpychaj

ą

ce powstaj

ą

wskutek odpychania si

ę

chmur elektronów przy zbli

ż

aniu si

ę

atomów na blisk

ą

odległo

ść

.

Energie i siły
oddziaływania
mi

ę

dzy par

ą

jonów Na

+

i Cl

-

ENERGIA WI

Ą

ZANIA

18

Pierwiastki i zwi

ą

zki chemiczne mog

ą

wyst

ę

powa

ć

w nast

ę

puj

ą

cych stanach skupienia:

-stałym,
-ciekłym,
-gazowym

.

STANY SKUPIENIA

Istnieje równie

ż

czwarty stan skupienia, stan plazmy, który istnieje

jedynie w zakresie niezwykle wysokich temperatur.

Stan stały

charakteryzuje si

ę

utrzymaniem kształtu, postaci i obj

ę

to

ś

ci

próbki.

Stan ciekły

odznacza sie tym,

ż

e próbka zachowuje swoj

ą

okre

ś

lon

ą

obj

ę

to

ść

podczas przelewania z jednego zbiornika do drugiego, ale

przyjmuje kształt mieszcz

ą

cego j

ą

naczynia

Stan gazowy

charakteryzuje si

ę

tym,

ż

e próbka nie ma ani własnego

kształtu, ani obj

ę

to

ś

ci i mo

ż

e rozprzestrzenia

ć

si

ę

po całej obj

ę

to

ś

ci

naczynia, w której jest zawarta.

10

19

Stan skupienia zale

ż

y od wzajemnego stosunku

energii potencjalnej odpowiadaj

ą

cej przyci

ą

ganiu

mi

ę

dzy cz

ą

steczkami do energii kinetycznej ruchu

cieplnego cz

ą

steczek.

W stanie gazowym przewa

ż

a energia ruchu

cieplnego, który jest ograniczony zderzeniami.

W stanie ciekłym siły wewn

ę

trzne działaj

ą

ce na

cz

ą

steczki we wszystkich kierunkach równowa

żą

si

ę

.

Pozostaje jedynie działanie pola grawitacyjnego
i sił na granicy substancji.

W stanie stałym, wyst

ę

puj

ą

cym w dostatecznie niskiej dla

danej substancji temperaturze, ruchy cz

ą

steczek ograniczaj

ą

si

ę

jedynie do drga

ń

zlokalizowanych. Przewa

ż

a energia

potencjalna wi

ą

za

ń

.

20

STANY SKUPIENIA

Stan gazowy

charakteryzuje si

ę

bardzo du

ż

ym

współczynnikiem

ś

ci

ś

liwo

ś

ci, a tak

ż

e brakiem

spr

ęż

ysto

ś

ci, uporz

ą

dkowania cz

ą

steczek i stacjonarnych

wi

ą

za

ń

. W gazach znajduje si

ę

ś

rednio

2,7

·

10

25

cz

ą

steczek/m

3

, co daje odległo

ść

mi

ę

dzy cz

ą

steczkami

rz

ę

du

30 angstremów

(1Ä=10

-8

cm).

W

cieczach

w porównaniu z gazami, odległo

ś

ci

mi

ę

dzycz

ą

steczkowe s

ą

mniejsze, a siły wzajemnego

oddziaływania wi

ę

ksze. Dlatego ciecze zachowuj

ą

własn

ą

obj

ę

to

ść

, wykazuj

ą

niewielk

ą

ś

ci

ś

liwo

ść

i w porównaniu z

gazami mniejsz

ą

rozszerzalno

ść

termiczn

ą

.Ka

ż

da cz

ą

steczka

cieczy przebywa stale w sferze oddziaływania sił
przyci

ą

gaj

ą

cych pochodz

ą

cych od otaczaj

ą

cych j

ą

innych

cz

ą

steczek. Przy mniejszych odległo

ś

ciach pojawiaj

ą

si

ę

siły

wzajemnego odpychania.

11

21

STANY SKUPIENIA

W stanie

stałym

odległo

ść

mi

ę

dzy s

ą

siednim atomami wynosi

ś

rednio

kilka angstremów

, w

1 m

3

znajduje si

ę

ok.

10

29

atomów

. W ciałach stałych cz

ą

steczki s

ą

ze sob

ą

zwi

ą

zane

trwałymi, stacjonarnymi wi

ą

zaniami i zajmuj

ą

stałe wzgl

ę

dem

siebie poło

ż

enia.

Stan stały

W odró

ż

nieniu od gazów i cieczy, ciała stałe maj

ą

w danej

temperaturze okre

ś

lony kształt i obj

ę

to

ść

. Dzi

ę

ki bardziej

zwartej budowie maj

ą

one du

żą

sztywno

ść

, ich g

ę

sto

ść

jest

mniej zale

ż

na od temperatury i ci

ś

nienia ni

ż

g

ę

sto

ść

cieczy i

gazów.

Odległo

ść

mi

ę

dzy s

ą

siednim atomami wynosi

ś

rednio

kilka

angstremów

, w

1 m

3

znajduje si

ę

ok..

10

28

atomów

. Cz

ą

steczki

nie s

ą

zwi

ą

zane ze sob

ą

stacjonarnymi, trwałymi wi

ą

zaniami.

Wzgl

ę

dne poło

ż

enia cz

ą

steczek zmieniaj

ą

si

ę

.

22

STRUKTURY KRYSTALICZNE

– tworzone przez

zespół powtarzaj

ą

cych si

ę

regularnie identycznych

elementów nazywanych

komórkami elementarnymi

.

Struktury te s

ą

anizotropowe

.

Przykłady: metale, półprzewodniki

Uproszczony schemat komórki elementarnej

RODZAJE STRUKTUR ATOMOWYCH

12

23

STRUKTURY KRYSTALICZNE

24

STRUKTURY KRYSTALICZNE

NaCl, MgO,
MnS, LiF, FeO

CsCl

ZnS, ZnTe

13

25

Struktura polikrystaliczna

Al

2

O

3

26

STRUKTURY AMORFICZNE (bezpostaciowe)–

tworzone s

ą

z

atomów drgaj

ą

cych wokół punktów rozmieszczonych

chaotycznie w wi

ę

kszej przestrzeni. Nie s

ą

rozmieszczone w

prawidłowej sieci przestrzennej. Brak w nich powtarzalno

ś

ci

budowy.
Substancje te, okre

ś

lone cz

ę

sto jako ciecze przechłodzone o

du

ż

ej lepko

ś

ci, wykazuj

ą

niektóre cechy charakterystyczne

dla ciał stałych, jak twardo

ść

i zdolno

ść

zachowania nie

zmienionego kształtu. najłatwiej dostrzegaln

ą

wł

ąś

ciwo

ś

ci

ą

fizyczn

ą

odró

ż

niaj

ą

c

ą

ciał

ą

bezpostaciowe od krystalicznego

jest brak okre

ś

lonej temperatury topnienie. Ciała

bezpostaciowe ogrzewane stopniowo mi

ę

kn

ą

i rozpływaj

ą

si

ę

. Charakteryzuj

ą

si

ę

izotropowo

ś

ci

ą

.

Przykłady: ciecze, smoła, tworzywa sztuczne, szkło, stopiona
i ochłodzona krzemionka,

ż

ywice polimetakrylowe.

STRUKTURY AMORFICZNE