Lewisovy struktury, předpověď geometrie VSEPR, hybridizace, vazebné úhly, formální náboj a polarita molekul. Dále: Elektronová konfigurace | Redox.
Zadejte vzorec molekuly a analyzujte Lewisovu strukturu, geometrii VSEPR, hybridizaci, vazebný úhel a polaritu. Používá vestavěná data pro více než 50 běžných molekul.
Formální náboj = valenční − osamělé páry − ½(vazebné). Pro celou molekulu analyzujte každý atom zvlášť.
Předpovězte geometrii molekuly ze sterického čísla (elektronových domén) a osamělých párů. Zápis AXnEm.
Hybridizaci určete ze sterického čísla: 2→sp, 3→sp², 4→sp³, 5→sp³d, 6→sp³d².
Určete polaritu molekuly podle geometrie a symetrie vazeb. Analyzuje se vzájemné rušení dipólů vazeb.
Chemická vazba je to, co snižuje energii souboru atomů, když zůstávají spojené. Atomy uspořádávají své elektrony třemi hrubými způsoby: je předají (iontová), sdílejí je mezi dvěma jádry (kovalentní), nebo je sdružují napříč celou mřížkou (kovová). Skutečné látky tvoří kontinuum — sdílení ve vazbě C–H je mnohem vyrovnanější než v O–H — ale každá struktura na této stránce vychází z jedné otázky: vzhledem k valenčním elektronům, kde musí atomy skončit?
Jediné pravidlo, které si zapamatujte: odpuzování klesá v pořadí osamělý pár–osamělý pár > osamělý pár–vazba > vazba–vazba. Osamělé páry drží jen jedno jádro, proto se rozprostírají širší než vazebné páry a stlačují vazby k sobě — proto je úhel v CH4 109,5°, ale v H2O je 104,5°.
Tři rodiny vazeb
Aspect
Iontová
Kovalentní
Kovová
Co se děje
Elektrony přecházejí z kovu na nekov; opačné náboje se přitahují
Elektronové páry sdílené mezi dvěma jádry
Elektrony delokalizované napříč všemi kationty kovu
Příklad
NaCl, MgO
H2O, CO2, diamond
Cu, Fe
Typické chování
Vysoký bod tání, křehké, vede proud jen v tavenině nebo v roztoku
Určité molekulové tvary, nízké body varu (molekulové pevné látky)
V pevném stavu vede proud, kujné, lesklé
Rozdíl elektronegativit ΔEN třídí kontinuum: blízko 0 je sdílení rovnoměrné (nepolární kovalentní), kolem 0,4–1,7 je jednostranné (polární kovalentní), a nad zhruba 1,7 obvykle vyhraje popis úplného předání. Elektronegativita roste směrem doprava a nahoru v periodické tabulce, proto F táhne nejsilněji ze všech.
Polarita vazby oproti polaritě molekuly
Polární vazba má dipól vazby — malý vektor směřující od kladného konce k zápornému (elektrony chamtivému) atomu. Zda je molekula polární, je otázka geometrie: sečtěte vektory. CO2 i H2O obsahují silně polární vazby, ale CO2 je lineární (AX2, 180°), takže jeho dva dipóly směřují opačně a ruší se, zatímco H2O je lomená (AX2E2, 104,5°), takže se sčítají na čistý dipól 1,85 D. Panel polarity výše provádí přesně toto uvažování pro každou geometrii.
VSEPR: tvar z počítaných domén
Teorie odpuzování elektronových párů valenční slupky (VSEPR) předpovídá tvar počítáním elektronových domén kolem centrálního atomu — každá jednoduchá, dvojná nebo trojná vazba se počítá jako jedna doména, stejně jako každý osamělý pár. Dvě domény se uspořádají lineárně, tři trigonálně planárně, čtyři tetraedricky, pět trigonálně bipyramidálně, šest oktaedricky. Zápis AXE zaznamenává výsledek: centrální atom A, Xn vázaných atomů, Em osamělých párů. Sledujte, jak se úhly zmenšují, když osamělé páry nahrazují vazby v izoelektronové řadě CH4 (109,5°) → NH3 (107°) → H2O (104,5°): stejné čtyři domény, z nichž je více osamělých. Molekulová geometrie se od geometrie elektronových domén liší vždy, když existují osamělé páry — domény vody jsou tetraedrické, i když atomy tvoří lomený tvar. Proto dva osamělé páry vody ohýbají molekulu na 104,5°, zatímco dvě dvojné vazby CO2 ji nechávají pevně lineární.
Hybridizace a formální náboj
Teorie valenčních vazeb vysvětluje směrované vazby těchto geometrií mícháním s a p orbitalů atomu do hybridů, které ukazují tam, kam ukazují domény: 2 domény → sp (180°), 3 → sp² (120°), 4 → sp³ (109,5°), 5 → sp³d, 6 → sp³d². Označení berte jako účetnictví pro „tolik rovnocenných směrů“, nikoli jako doslovný recept. Formální náboj je doplňkové účetnictví pro to, kterou Lewisovu strukturu nakreslit: FC = valenční elektrony − elektrony osamělých párů − polovina vazebných elektronů. Uhlík v CH4 dostane 4 − 0 − 4 = 0; nejlepší struktura je ta, která minimalizuje formální náboje a odstraní je z vnitřku. Rezonance je poctivé přiznání, že jedna kresba nestačí — obě vazby S–O v SO2 jsou ekvivalentní s řádem vazby 1,5, ne střídavě jednoduché a dvojné.
Flexibilita oktetu
Atomy druhé periody (C, N, O, F) jsou přísně omezeny na osm elektronů. Za tím je pravidla volnější: BF3 přežije jen se šesti kolem bóru (což z něj dělá hladovou přijímací částici pro elektronový pár), zatímco atomy třetí periody a těžší se rozpínají bez protestů — PCl5 a SF6 drží 10 a 12, a XeF4 se vejde čtyři vazby plus dva osamělé páry do oktaedrického uspořádání, které se zploští na čtvercově planární.
Časté omyly
Polární vazby tvoří polární molekulu. Jen tehdy, když geometrie jejich účinky neruší — CO2, BF3, CH4, SF6 a XeF4 všechny obsahují polární nebo shodné vazby uspořádané dostatečně symetricky, aby byly nepolární.
Dvojná vazba jsou dvě domény. Odpuzuje jako jediná tlustá doména; dvě dvojné vazby C=O v CO2 stále dávají sterické číslo 2 a lineární tvar.
Geometrie molekuly = elektronová geometrie. Platí jen bez osamělých párů; domény v NH3 jsou tetraedrické, jeho atomy tvoří trigonální pyramidu.
Lewisova struktura je molekula. Je to účetní náčrt; rezonance (SO2), delokalizace (benzen) a měření (obě vazby S–O jsou stejné) běžně převáží jakoukoli jednu kresbu.
