3. Cząsteczki i wiązania
advertisement
2016-10-20 3. Cząsteczki i wiązania Elektrony walencyjne Wiązania jonowe i kowalencyjne Wiązanie typu σ i π Hybrydyzacja Przewidywanie kształtu cząsteczek AXn Orbitale zdelokalizowane Cząsteczki związków organicznych 3. Cząsteczki i wiązania 1 Elektrony walencyjne • to elektrony o najwyższej energii, należące do zewnętrznych powłok elektronowych • pozostałe elektrony tworzą tzw. rdzeń (zrąb) atomowy ns2npx (1-8) ns (1-2) nsx(n-1)dy (1-12) 3. Cząsteczki i wiązania 2 1 2016-10-20 Wiązania jonowe Teoria Kossela: Konfiguracja elektronowa gazów szlachetnych (oktet ns 2np6 na powłoce walencyjnej) jest szczególnie trwała. Atomy tworzące związki jonowe oddają lub przyjmują elektrony, tworząc jony mające konfiguracje gazów szlachetnych. Jony te oddziałują ze sobą siłami elektrostatycznymi. Na + Cl = NaCl [Na+][Cl-] [11Na]: 1s22s22p63s1 [17Cl]: 1s22s22p63s23p5 Ca + O = CaO [Ca2+][O2-] 1s22s22p63s23p64s2 [20Ca]: [8O]: 1s22s22p4 [Na+]: 1s22s22p6 = [Ne] [Cl-]: 1s22s22p63s23p6 = [Ar] [Ca2+]: 1s22s22p63s23p6 = [Ar] [O2-]: 1s22s22p6 = [Ne] • duża różnica elektroujemności (>1,7) • związki jonowe nie tworzą cząsteczek, tylko kryształy 3. Cząsteczki i wiązania 3 Wiązania kowalencyjne Teoria Lewisa: Atomy, wykazujące podobną tendencję do przyjmowania i oddawania elektronów, tworzą wiązania w wyniku uwspólnienia elektronów. Wiązanie stanowi para elektronów, a uwspólnione elektrony są zaliczane do powłok walencyjnych obu połączonych atomów, które dążą do osiągnięcia oktetu s2p6 (atomy H – dubletu 1s2) • różnica elektroujemności < 0,4 – wiązania kowalencyjne • różnica elektroujemności > 0,4 – wiązania kowalencyjne spolaryzowane 3. Cząsteczki i wiązania 4 2 2016-10-20 Orbitale cząsteczkowe Elektrony tworzące wiązania kowalencyjne opisujemy za pomocą orbitali cząsteczkowych (molekularnych), które mają analogiczne właściwości jak orbitale atomowe: • są określone dla współrzędnych elektronu • umożliwiają obliczenie gęstości prawdopodobieństwa znalezienia elektronu • • umożliwiają obliczenie energii elektronu stosuje się do nich reguła Hunda i zakaz Pauliego Orbitale cząsteczkowe można przedstawić jako wynik nakładania orbitali atomowych, opisujących elektrony walencyjne, które utworzyły wiązanie. 3. Cząsteczki i wiązania 5 Wiązania σ i π – opis uproszczony Cząsteczka H2 konfiguracja atomowa [H]: 1s1 H H nakładanie orbitali 1s: pojedyncze wiązanie typu σ orbital cząsteczkowy typu σ Cząsteczka N2 konfiguracja atomowa [N]: 1s22s2 2p3 :N nakładanie orbitali 2p: N: wiązanie potrójne: 1 typu σ 2 typu π 2px orbital cząsteczkowy typu σ orbital cząsteczkowy typu π 2px, 2pz 3. Cząsteczki i wiązania 6 3 2016-10-20 Wiązania σ i π – opis zaawansowany Cząsteczka O2 konfiguracja atomowa [O]: 1s22s2 2p4 : : : : nakładanie orbitali – dodawanie lub odejmowanie atomowych funkcji falowych O O - + - + + - + - - + + + + - - orbital wiążący σ + orbital antywiążący σ* - 2px + - orbital wiążący π - - 2px, 2pz + - - + orbital antywiążący π* 3. Cząsteczki i wiązania 7 N2 σ*2px π*2py π*2pz σ2px 2p O2 2p 2p π*2py π2pz π2py π2py π2pz 3. Cząsteczki i wiązania 2p σ*2s 2s σ2s O O? σ2px σ*2s 2s [N]: 1s22s22p3 π*2pz : : σ*2px : : √ :N N: energia Diagramy energii orbitali cząsteczkowych 2s 2s σ2s [O]: 1s22s22p4 8 4 2016-10-20 Cząsteczki N2 i O2 – konfiguracja elektronowa i rząd wiązania Konfiguracja elektronowa N2: Konfiguracja elektronowa O2: KK (σ2s)2(σ*2s)2 (π2py)2(π2pz)2(σ2px)2 KK (σ2s)2(σ*2s)2 (π2py)2(π2pz)2(σ2px)2 (π*2py)1(π*2pz)1 Rząd wiązania = ½ (liczba elektronów wiążących – liczba elektronów antywiążących) RW = ½ (LEW-LEA) RW (N2) = ½(8 – 2) = 3 RW (O2) = ½(8 – 4) = 2 3. Cząsteczki i wiązania 9 Struktura przestrzenna cząsteczki CH4 • wszystkie wiązania identyczne • kształt czworościanu foremnego Symetria CH4 nie jest zgodna z symetrią orbitali opisujących elektrony walencyjne atomu C [C]: [He]2s22p2 3. Cząsteczki i wiązania 10 5 2016-10-20 Hybrydyzacja sp3 Hybrydyzacja to utworzenie nowego zespołu orbitali atomowych poprzez wymieszanie orbitali z powłoki walencyjnej sp3: 1 orbital 2s + 3 orbitale 2p symetria tetraedru hybrydyzacja 3. Cząsteczki i wiązania 11 Porównanie cząsteczek CH4, NH3 i H2O hybrydyzacja sp3 δ- wypadkowy moment dipolowy δ- silniejsze odpychanie wolnych par elektronowych 3. Cząsteczki i wiązania 12 6 2016-10-20 Hybrydyzacja sp2 i sp sp2: 1 orbital 2s + 2 orbitale 2p symetria trygonalna hybrydyzacja sp: 1 orbital 2s + 1 orbital 2p symetria liniowa hybrydyzacja 3. Cząsteczki i wiązania 13 Cząsteczka C2H4 cząsteczka płaska – hybrydyzacja sp2 czołowe nakładanie orbitali sp2 i 1sH boczne nakładanie orbitali 2pC 12 elektronów walencyjnych: 2 opisane orbitalem wiążącym σt,t 8 opisane orbitalami wiążącymi σt,1s 2 opisane orbitalem wiążącymi π2p 3. Cząsteczki i wiązania 14 7 2016-10-20 Cząsteczka C2H2 liniowa – hybrydyzacja sp czołowe nakładanie orbitali sp i 1sH boczne nakładanie orbitali 2pC 10 elektronów walencyjnych: 2 opisane orbitalem wiążącym σt,t 4 opisane orbitalami wiążącymi σt,1s 4 opisane orbitalami wiążącymi π2p 3. Cząsteczki i wiązania 15 Symetria innych orbitali zhybrydyzowanych sp2d sp3d sp3d2 (kontury orbitali odsunięte od początku układu) 3. Cząsteczki i wiązania 16 8
