Zamknięcie działu 2

Słowniczek działu 2

Wiązanie kowalencyjne — połączenie atomów przez uwspólnienie par elektronowych. Para wiążąca — uwspólniona para e⁻ tworząca wiązanie; para wolna — niebiorąca udziału w wiązaniu. Wzór Lewisa — strukturalny zapis cząsteczki z parami wiążącymi i wolnymi. Reguła oktetu — atom dąży do 8 e⁻ w powłoce walencyjnej. Wiązanie spolaryzowane — asymetria pary wiążącej przy $0{,}4 \le \Delta\chi < 1{,}7$. Wiązanie donorowo-akceptorowe — oba elektrony pary wiążącej od jednego atomu (donora). VSEPR — geometria cząsteczki z minimalizacji odpychania domen elektronowych. Wiązanie σ — czołowe nakrywanie orbitali; jedno w każdym wiązaniu. Wiązanie π — boczne nakrywanie; w wiązaniach wielokrotnych. Wiązanie jonowe — elektrostatyczne przyciąganie jonów; $\Delta\chi > 1{,}7$. Jon — atom (lub grupa) z trwałym ładunkiem całkowitym. Wiązanie metaliczne — sieć kationów + gaz elektronowy. Siły dyspersji Londona — chwilowe dipole; działają między wszystkimi cząsteczkami. Oddziaływanie dipol-dipol — między trwałymi dipolami cząsteczek polarnych. Siły van der Waalsa — dyspersja + dipol-dipol (zbiorcza nazwa). Wiązanie wodorowe — X−H···Y (X, Y = F, O, N); silniejsze od van der Waalsa. [R] Hybrydyzacja — mieszanie orbitali atomowych; sp³ (tetraedr), sp² (trygon.), sp (liniowy). [R] Delokalizacja elektronów — elektrony π nieprzypisane do jednej pary atomów. [R] Aromatyczność — delokalizacja cykliczna; stabilizacja rezonansowa. [R] Odmiana alotropowa — różna forma strukturalna tego samego pierwiastka.

W pigułce (dział 2)

  1. Wiązanie kowalencyjne = uwspólnienie par e⁻; spolaryzowane gdy $\Delta\chi \ge 0{,}4$; donorowo-akceptorowe gdy oba e⁻ od donora.
  2. Wzory Lewisa = policz e⁻ → szkielet → pary wiążące → pary wolne → sprawdź oktet.
  3. VSEPR = minimalizuj odpychanie domen → kształt; pary wolne „wgniata" kąty.
  4. σ i π = jedno σ w każdym wiązaniu; π w wielokrotnych; π reaktywniejsze.
  5. Jonowe = przeniesienie e⁻; wysoka T topnienia, kruche, jonowe przewodnictwo w roztworze.
  6. Metaliczne = gaz elektronowy; plastyczność, przewodnictwo elektryczne, połysk.
  7. Van der Waals = dyspersja (wszędzie) < dipol-dipol (polarne) < wiązanie wodorowe (F/O/N).
  8. Woda = 4 wiązania wod./cząst. → anomalnie wysoka T wrzenia, lód lżejszy od wody.
  9. [R] Hybrydyzacja = sp³ (109,5°), sp² (120°, wiązanie π), sp (180°, 2π).
  10. [R] Benzen = delokalizacja π; aromatyczność; podstawienie > addycja.
  11. [R] Alotropia C = diament (sp³, izolator, twardy) vs grafit (sp², przewodnik, miękki) vs C₆₀ (van der Waals, cząsteczkowy).

Sprawdzian działowy

Pytanie 1. Narysuj wzór Lewisa dla HCN (wodoru, węgla, azotu). Czy wiązanie C≡N to wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane?

Sprawdź odpowiedź

Pula e⁻: $1+4+5 = 10 = 5$ par. Szkielet: H−C≡N. Wiązanie H−C: 1 para wiążąca. Wiązanie C≡N: 3 pary wiążące (potrójne). Para wolna na N: 1. Sprawdzenie: H: 2 ✓; C: 8 ✓; N: 8 (6 z ≡ + 2 z pary wolnej) ✓. C≡N: $\chi_N = 3{,}04 > \chi_C = 2{,}55$ → $\Delta\chi = 0{,}49$ → spolaryzowane ($\delta^+$ na C, $\delta^-$ na N).

Pytanie 2. Przewidź kształt PCl₃ (fosfor ma 5 e⁻ walencyjnych). Czy jest polarny?

Sprawdź odpowiedź

Pula: $5 + 3\times7 = 26$ e⁻. Trzy wiązania P−Cl + 1 para wolna na P = 4 domeny → piramidowy trójkątny (jak NH₃). Kąt <109,5°. Dipole P−Cl nie znoszą się (nie ma symetrii liniowej ani tetraedru) → polarna. Analogia do NH₃.

Pytanie 3. Wyjaśnij: dlaczego NaCl jest kruchy, a żelazo ciągliwe — mimo że oba są twardymi kryształami.

Sprawdź odpowiedź

NaCl — wiązanie jonowe, sieć jonowa. Uderzenie przesuwa warstwy: jony jednoimienne naprzeciwko siebie → odpychanie → pęknięcie. Fe — wiązanie metaliczne: gaz elektronowy plastycznie dostosowuje się do przesunięcia warstw kationów; brak mechanizmu odpychającego → metal się odkształca, nie pęka.

Pytanie 4. Szereguj rosnąco T wrzenia: C₄H₁₀ (butan, niepolarne, M=58), CH₃OH (metanol, polarny, M=32), C₃H₈ (propan, niepolarne, M=44). Uzasadnij.

Sprawdź odpowiedź

Propan (M=44, niepolarne) < butan (M=58, niepolarne) < metanol (M=32, polarne + wiązanie wodorowe). Wśród niepolarnych: dyspersja rośnie z M → propan < butan. Metanol: mimo małej masy — silne wiązania wodorowe (O−H···O) dominują. Kolejność: C₃H₈ (−42°C) < C₄H₁₀ (−1°C) < CH₃OH (65°C).

Pytanie 5. [R] Acetylen HC≡CH. (a) Jaka hybrydyzacja węgli? (b) Ile wiązań σ i π? (c) Przewidź reaktywność w porównaniu z etanem.

Sprawdź odpowiedź

(a) Każdy C: 2 domeny (1 potrójne + 1 C−H) → sp. (b) Wiązania σ: 2 C−H + 1 z C≡C = 3σ; wiązania π: 2 z C≡C = 2π. (c) Dwa wiązania π są dostępne dla elektrofilów i nukleofili → acetylen reaguje chętnie przez addycję (jak alkeny, ale podwójnie). Etan: tylko σ → mało reaktywny w zwykłych warunkach.