5s_22102012 lewis

1SEMINAR 5

- Prikaz kemijske strukture spojeva

Lewisovim strukturnim formulama -

Prikaz kemijske strukture spojeva

Formule molekula odnosno formulskih jedinki odreuju svaku kemijsku vrstu:

KVALITATIVNO tako to nam simboli ukazuju koji atomi tvore pojedinu kemijsku vrstu

KVANTITATIVNO tako to nam brojevi uz simbole ukazuju na brojevni odnos atoma u pojedinoj kemijskoj vrsti

222.10.2012. SEMINAR 5

Prikaz kemijske strukture spojeva

1. Empirijska (brutto) formula dajenajmanji cjelobrojni broj atoma u molekuli ili formulskoj jedinki

2. Stvarna formula daje pravi odnos broja atoma u molekuli ili formulskoj jedinki

3. Plona strukturna formula pokazuje koji su atomi u molekuli meusobno povezani

4. Prostorna strukturna formula prikazuje geometrijsku grau molekule, a postoji nekoliko naina prikazivanja (na slici klinasta struktura)

3

C2H5

C4H10

molekula butana

22.10.2012. SEMINAR 5

Prikaz kemijske strukture spojeva Lewisove strukturne formule

TEORIJA KEMIJSKE VEZE1913. objavljena je Bohrova kvantna teorija atoma

1916. Lewis i Kossel neovisno jedan od drugoga na temelju Bohrove kvantne teorije atoma razvijaju elektronsku teoriju valencije, a 1919. ju nadopunjuje Langmuir.

Prema toj teoriji valencija atoma je uzrokovana elektronskom strukturom atoma. Atomi se spajaju kako bi postigli vedu

stabilnost i to na nain da se preklapaju valentne orbitale atoma pri em nastaje zajedniki elektronski par.

1932. je razvijena teorija molekulskih orbitala primjenom teorije kvantne mehanike na vezu izmeu atoma.

Ta teorija kae da se povezivanje dvaju atoma dogaa preklapanjem svih orbitala, a ne samo valentnih.

422.10.2012. SEMINAR 5


Primjeri prikaza molekula Lewisovim strukturnim formulama:

5

diduikov oksid N2O(duikov(I) oksid)

karbonatni ion CO32-

duina kiselina HNO3

22.10.2012. SEMINAR 5


Prema Lewisovoj teoriji kovalentne veze:

ona nastaje iz potrebe atoma da meusobno povezani postignu stabilniju elektronsku konfiguraciju plemenitog plina tj. oktet (ili vodik dublet kao struktura helija)

u nastanku kovalentne veze sudjeluju samo valentni elektroni

kovalentna veza nastaje stvaranjem zajednikog elektronskog para kojeg dijele 2 atoma

ukoliko 2 atoma dijele dva zajednika elektronska para, kovalentna veza je dvostruka

ukoliko 2 atoma dijele tri zajednika elektronska para, kovalentna veza je trostruka

622.10.2012. SEMINAR 5

2Prema Lewisovoj teoriji kovalentne veze: naglaavamo da se kovalentna veza tj. zajedniki elektronski par

prikazuje crticom, a takav prikaz se ni kojem sluaju ne smije koristiti za prikaz ionske veze:

npr. u redu je H H

npr. pogreno je H Na

nevezni elektroni valentne ljuske (slobodni elektronski parovi) ne sudjeluju u stvaranju kemijske veze i oznaavaju se tokama uz atom kojem pripadaju:

npr. Cl Cl

moguda (vjerojatna) struktura je ona za koju vrijedi da je nabojni broj molekule ili iona jednak sumi formalnih naboja (FNB) svih atoma u molekuli ili ionu

FNB = (broj valentnih elektrona u slobodnom atomu) ( broja veznih elektrona) (ukupan broj slobodnih elektrona)

722.10.2012. SEMINAR 5


PRIMJER 1. Napiite Lewisovu strukturnu formulu duikovog(I) oksida.

KORAK 1. Potrebno je napisati elektronsku konfiguraciju pojedinih atoma kako bi se odredio ukupni broj valentnih elektrona

7N 1s2 2s2 2p3 5 valentnih elektrona

8O 1s2 2s2 2p4 6 valentnih elektrona

molekula duikovog(I) oksida sastoji se od 2 atoma duika i jednog atoma kisika, pa je ukupni broj valentnih elektrona

= 2 5 + 6

= 16 valentnih elektrona

822.10.2012. SEMINAR 5

Prikaz kemijske strukture spojeva Lewisove strukturne formule PRIMJER 1

KORAK 2. Potrebno je napisati osnovni kostur molekule koritenjem pravila:

vodik je uvijek vanjski atom u molekuli jer moe formirati samo jednu jednostruku kovalentnu vezu

centralni atom u molekuli je atom s najmanjom elektronegativnodu ali ne i vodik

U naem primjeru bududi da je kisik elektronegativniji od duika, duik je centralni atom:

N N O

922.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 3. Sve atome poveemo jednostrukom vezom

N N O

KORAK 4. Sada raunamo broj preostalih elektrona koje je potrebno pripisati atomima da bi postigli stabilnu oktetnustrukturu

za formiranje dvije jednostruke veze utroena su 4 od ukupno 16 valentnih elektrona to znai da jo 12 slobodnih elektrona trebamo rasporediti oko atoma duika i kisika kako bi postigli stabilnu oktetnu strukturu

1022.10.2012. SEMINAR 5


Postoji mogudnost da se ne moe postidi oktet oko svakog atoma, a tada se pomodu neveznih elektrona formiraju dvostruke ili trostruke veze oko centralnog atoma:

N N O N N O

1122.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 5. Da provjerimo da li smo dobro nactali strukturu raunamo formalni naboj svakog atoma prema izrazu:

FNB = (broj valentnih elektrona u slobodnom atomu) ( brojavezanih elektrona) (ukupan broj slobodnih elektrona)

N N O

FNB(O) = 6 1 6 = -1

FNB(N) = 5 4 0 = +1

FNB(N) = 5 3 2 = 0

FNB = -1+1+0 = 0 strukturna formula je ispravno nacrtana jer je ukupni formalni naboj jednak naboju neutralne molekule

1222.10.2012. SEMINAR 5

3Prikaz kemijske strukture spojeva Lewisove strukturne formule PRIMJER 1

U zavrnom prikazu potrebno je dodati i oznake formalnog naboja pojedinih atoma pa u konanici Lewisovastrukturna formula duikovog(I) oksida poprima oblik:

N N O

1322.10.2012. SEMINAR 5


PRIMJER 2. Prikai Lewisovom strukturnom formulom karbonatni ion.

Kemijska formula karbonatnog iona je CO32-

KORAK 1 . Ispisujemo elektronsku strukturu ugljika i kisika da bi odredili ukupan broj valentnih elektrona:

6C 1s2 2s2 2p2 4 valentna elektrona


naboj iona -2 2 valentna elektrona

ukupan broj valentnih elektrona = 4 + 3 6 + 2 = 24 valentna elektrona

1422.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 2. Potrebno je napisati osnovni kostur molekule koritenjem pravila da kao centralni atom postavljamo atom najmanje elektronegativnosti.

U naem sluaju je to ugljik:

O

O C O

KORAK 3. Sve atome poveemo jednostrukom vezom

O

O C O

1522.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 4. Sada raunamo broj preostalih elektrona koje je potrebno pripisati atomima da bi postigli stabilnu oktetnustrukturu

U naem primjeru za formiranje tri jednostruke veze utroeno je 6 od ukupno 24 valentna elektrona pa je potrebno jo 18 slobodnih elektrona rasporediti oko atoma ugljika i kisika:

O

O C O

1622.10.2012. SEMINAR 5


Bududi da se ne moe postidi oktet oko svakog atoma, a tada se pomodu neveznih elektrona formiraju dvostruke ili trostruke veze oko centralnog atoma:

O

O C O

1722.10.2012. SEMINAR 5



FNB = (broj valentnih elektrona u slobodnom atomu) ( brojavezanih elektrona) (ukupan broj slobodnih elektrona)

FNB(O) = 6 1 6 = -1

FNB(O) = 6 1 6 = -1

FNB(C) = 4 4 0 = 0

FNB(0) = 6 2 4 = 0

FNB = -1-1+0 = -2 strukturna formula je ispravno nacrtana jer je ukupni formalni naboj jednak naboju karbonatnog iona

1822.10.2012. SEMINAR 5


U zavrnom prikazu potrebno je dodati i oznake formalnog naboja pojedinih atoma pa u konanici Lewisovastrukturna formula karbonatnog iona poprima oblik:

2-

ili

1922.10.2012. SEMINAR 5


PRIMJER 3. Nacrtaj Lewisovu strukturnu formulu duine kiseline.

Duina kiselina ima kemijsku formulu HNO3

KORAK 1. Ispisujemo elektronsku strukturu atoma duika, kisika i vodika da bi odredili ukupan broj valentnih elektrona:

7N 1s2 2s2 2p3 5 valentnih elektrona


1H 1s1 1 valentni elektron

Ukupan broj valentnih iona u molekuli duine kiseline je:

1 + 5 + 3 6 = 24 valentna elektrona

2022.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 2. Potrebno je napisati osnovni kostur molekule koritenjem pravila da kao centralni atom postavljamo atom najmanje elektronegativnosti osim vodika:

O N O H

O

KORAK 3. Sve atome poveemo jednostrukom vezomO N O H

O

2122.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 4. Sada raunamo broj preostalih elektrona koje je potrebno pripisati atomima da bi postigli stabilnu oktetnu strukturu (vodik dublet)

U naem primjeru za formiranje tri jednostruke veze utroeno je 8 od ukupno 24 valentnog elektrona pa je potrebno jo 16 slobodnih elektrona rasporediti oko atoma duika i kisika:

O N O H

O

2222.10.2012. SEMINAR 5


Bududi da se ne moe postidi oktet oko svakog atoma, a tada se pomodu neveznih elektrona formiraju dvostruke ili trostruke veze oko centralnog atoma:

O N O H

O

2322.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 5. Da provjerimo da li smo dobro nactali strukturu raunamo formalni naboj svakog atoma prema izrazu:FNB = (broj valentnih elektrona u slobodnom atomu) ( brojavezanih elektrona) (ukupan broj slobodnih elektrona)

FNB(H) = 1 1 0 = 0

FNB(O) = 6 2 4 = 0

FNB(O) = 6 1 6 = -1

FNB(N) = 5 4 0 = +1

FNB(0) = 6 2 4 = 0

FNB = 0 + 1 + 0 - 1= 0 strukturna formula je ispravno nacrtana jer je ukupni formalni naboj jednak naboju duine kiseline

2422.10.2012. SEMINAR 5


U zavrnom prikazu potrebno je dodati i oznake formalnog naboja pojedinih atoma pa u konanici Lewisovastrukturna formula duine kiseline poprima oblik:

2522.10.2012. SEMINAR 5


Atomi trede i viih perioda mogu imati i vie od 8 elektrona oko sebe, jer dolazi do ekspanzije valentnih elektrona u energijski vie orbitale i time se mogu stvoriti stabilni spojevi s vie od 8 elektrona.

npr. atomi sumpora i fosfora imaju d-orbitale pa mogu imati oko sebe 12 elektrona.

Kao primjer moe nam posluiti struktura sulfatnog iona

2622.10.2012. SEMINAR 5


Sulfatni ion ima kemijsku formulu SO42-

KORAK 1. Ispisujemo elektronsku strukturu atoma sumpora i kisika da bi odredili ukupan broj valentnih elektrona:

16S 1s2 2s2 2p6 3s2 2p4 6 valentnih elektrona


naboj iona 2 valentna elektrona

Ukupan broj valentnih elektrona = 6 + 4 6 + 2 = 32 valentna elektrona

2722.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 2. Potrebno je napisati osnovni kostur molekule koritenjem pravila da kao centralni atom postavljamo atom najmanje elektronegativnosti:

O

O S O

O

KORAK 3. Sve atome poveemo jednostrukom vezomO

O S O

O

2822.10.2012. SEMINAR 5


KORAK 4. Sada raunamo broj preostalih elektrona koje je potrebno pripisati atomima da bi postigli stabilnu oktetnustrukturu (vodik dublet)

U naem primjeru za formiranje etiri jednostruke veze utroeno je 8 od ukupno 32 valentna elektrona pa je potrebno jo 24 slobodnih elektrona rasporediti oko atoma sumpora i kisika:

O

O S O

O

2922.10.2012. SEMINAR 5


Izraunajmo formalni naboj ovako prikazanog iona:

FNB(0) = 6 valentnih 1 vezani 6 slobodnih elektrona = -1FNB(S) = 6 valentnih 4 vezana 0 slobodnih elektrona = +2

O

O S O

O

Ukupni formalni naboj raunat kao suma formalnih naboja atoma koji ine ovaj ion iznosi:

FNB(SO42-)= 2 + 4 (-1) = -2

to odgovara ukupnom formalnom naboju iona

3022.10.2012. SEMINAR 5


Uoimo da bi prema takv strukturnoj formuli sumporna kiselina zapravo bila 4 protonska kiselina, a to znamo da nije, a to i dokazuju ispitivanja duljine veze. Ono to se deava jest da se ovakva kemijska vrsta stabilizira na nain da 2 atoma kisika doniraju slobodni elektronski par tvoredi dvostruku vezu sa sumporom:

O O

O S O O S O

O O

3122.10.2012. SEMINAR 5



FNB = (broj valentnih elektrona u slobodnom atomu) ( broja vezanih elektrona) (ukupan broj slobodnih elektrona)

O FNB(O) = 6 1 6 = -1

O S O FNB(O) = 6 2 4 = 0FNB(S) = 6 6 0 = 0

O FNB(O) = 6 1 6 = -1

FNB(O) = 6 2 4 = 0

FNB = -1 + 0 + 0 +0 - 1 = -2 strukturna formula je ispravno nacrtana jer je ukupni formalni naboj jednak naboju iona

3222.10.2012. SEMINAR 5


U zavrnom prikazu potrebno je dodati i oznake formalnog naboja pojedinih atoma pa u konanici Lewisovastrukturna formula duine kiseline poprima oblik:

2-O O

O S O ili O S O

O O

3322.10.2012. SEMINAR 5


Unato tome to obje nacrtane strukture prema izraunu ukupnog formalnog naboja odgovaraju prikazu strukture sulfatnog iona, zbog toga to znamo da sumporna kiselina nije 4 protonska lijeva strukturna formula se smatra manje vjerojatnom zbog vede raspodjele formalnih naboja nego to ih ima desna. A desni prikaz koji je vjerojatniji zbog manje raspodjele formalnih naboja potvruje da postoje iznimke od Lewisova pravila okteta:

O O

O S O O S O

O O

3422.10.2012. SEMINAR 5

Prikaz kemijske strukture spojeva Lewisove strukturne formule ZADACI ZA VJEBU

Prikaite Lewisovim strukturnim formulama sljedede kemijske vrste:

amonijak

metan

duikov(V) oksid

ugljikov(IV) oksid

sumporov(IV) oksid

sulfitna kiselina

dihidrogen fosfatni ion (iznimka od pravila okteta fosfor okruen s 12 veznih elektrona)

3522.10.2012. SEMINAR 5

5s_22102012 lewis

Documents