Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Átírás

1 Atomszerkezet Atommag protonok, neutronok + elektronok izotópok atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok periódusos rendszer csoportjai

2 Periódusos rendszer energia szintek atomokban energia

3 A kémiai kötés Kémiai kölcsönhatás ELSŐDLEGES MÁSODLAGOS KOVALENS IONOS FÉMES HIDROGÉN- KÖTÉS DIPÓL- DIPÓL, ION- DIPÓL, VAN DER WAALS v. DISZPERZIÓS

4 Ionos kötés Na Cl Ionpár képződése e - Na + Cl - Na: I.E. és E.A. kicsi Cl: I.E. és E.A. nagy

5 Ionos kötés Ionos kötés: ellentétes töltésű ionok közötti kölcsönhatás Na + Cl Na + Cl - Ionpár esetén a teljes energiaváltozás három összetevőre bontható: 1. pozitív ion keletkezése, I.E. 2. anion keletkezése, E.A. 3. potenciális energia a kation és anion között --- kötési energia a két ion között

6 Ionos kötés NaCl Na (g) + Cl (g) = Na + (g) + Cl - (g) Na (g) + Cl (g) = NaCl

7 NaCl: ion pár ion rács Egy kis és egy nagy EN-ú elem által alkotott vegyület K: kis ionizációs energia A: nagy elektron affinitás Na + Elektrosztatikus kölcsönhatás Cl Rossz hő- és elektromos vezetők Rácsenergia: NaCl (sz) Na + (g) + Cl - (g)

8 Ionos kötés

9 Minden Na + iont hat szomszédos Cl ion vesz körül. Minden Cl iont hat szomszédos Na + ion vesz körül. A teljes kristály egy ionos szilárd anyag

10 Born-Haber ciklus + - K (g) + e + Cl(g) KCl keletkezése elemeiből K (g) + Cl (g) K (g) + Cl(g) +122 K (g) + 1/2 Cl 2(g) +89 K (sz) + 1/2 Cl 2(g) -437 kj/mol -717 KCl(sz)

11 A KCl 2 létezik? NEM!!!!!!!!!

12 Ionos kötés Az ionos kötés kialakulásának kedvez: --- az egyik atom I.E. kicsi --- a másik atom E.A. nagy --- kis méretű, nagy töltésű ionok keletkezése Az elektronegativitás különbsége kb. >2 Feladat: milyen a kötés a stroncium és a klór reakciója során keletkező vegyületnek? Mi a képlete?

13 Sr Cl Rendszám: El.konf.: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 E.N.: 1,0 3,0 E.N. különbség: 2 ionos vegyület Sr Sr 2+ Cl Cl - SrCl 2

14 Gyakori ionok Nitrit Nitrát Acetát Cianid Hipoklorit Klorit Klorát Perklorát Dihidrogén-foszfát Hidrogén-karbonát Hidrogén szulfát Karbonát Kromát Dikromát Peroxid Hidrogén-foszfát Szulfit Szulfát Tioszulfát Hidroxid Permanganát Foszfát

15 A kovalens kötés Gilbert Newton LEWIS: 1916 Kovalens kötés: két atom között elektronpár megosztásával létrejött kötés H + H H:H Az elektronegativitás különbsége kb. <1

16 Lewis-szerkezetek Pontokkal és vonalakkal jelezzük az elektronok és elektronpárok elhelyezkedését. elektronpár kötés kovalens kötés két hidrogén atom egy hidrogén molekula ez a hidrogén megoszt egy elektron párt ez a hidrogén is megoszt egy elektron párt

17 Az oktett szabály Kötő elektronpár Nemkötő, vagy magános elektronpár Többszörös kötés Kettős kötés: két megosztott (kötő) elektron pár Hiányos oktett pl. BF 3 Kiterjesztett oktett pl. PCl 5

18 Lewis-szerkezetek egy kötő elektronpár egy nemkötő pár két F atom (hét vegyérték elektron / atom) egy F 2 molekula (mindegyik F körül nyolc vegyérték elektron van) két elektronpár --- egy kettős kötés három elektronpár --- egy hármas kötés

19 H B C :N :O :F :Ne: : : : H H H:B :N:H H H H H H:B : N:H H H dativ v. koordinatív kötés

20 A kovalens kötés vonzó elektronfelhő taszító atommag Taszítások és vonzások az elektronok és az atommagok között

21 Kovalens kötés H 2 Potenciális energia H. H H-H távolság Két magános hidrogénatomnál energetikailag kedvezőbb a hidrogénmolekula

22 Túl közel Messze Kötéshossz Magtávolság

23 Kovalens kötés H 2 Lazító pálya Kötő pálya Kötésrend: ½( elektronok száma kötő pályán elektronok száma lazító pályán) = 1 (Kötésrend: kötő elektronpárok száma - lazító elektronpárok száma)

24 Kovalens kötés szigma (σ ) kötés atomi s-pályákból szigma kötő pálya (σ) szigma lazító pálya (σ*) csomósík

25 Kovalens kötés szigma (σ ) kötés atomi p-pályákból σ kötő pálya σ lazító pálya

26 Kovalens kötés pi (π ) kötés atomi p-pályákból azonos fázis π kötő ellentétes fázis π lazító

27 Kovalens kötés H 2 Lazító pálya Kötő pálya Kötésrend: ½( elektronok száma kötő pályán elektronok száma lazító pályán) = 1 (Kötésrend: kötő elektronpárok száma - lazító elektronpárok száma)

28 Kovalens kötés He 2 Lazító pálya Kötő pálya Kötésrend: ½( elektronok száma kötő pályán elektronok száma lazító pályán) = 0 Nem létezik

29 Kovalens kötés N 2 Kötésrend: 3 N N 2 N

30 Kovalens kötés O 2 2 párosítatlan elektron Paramágneses! Kötésrend: 2

31 Kovalens kötés CO Datív kötés: Az egyik kötőpárt kizárólag az egyik atom (fragmens) szolgáltatja.

32 Kémiai kötések Delokalizált kötés: többcentrumú ózon karbonát ion H B H H H B H H - O O C O - o o c o

33 Benzol (C 6 H 6 ): Delokalizált kovalens kötés atomi p-pályák delokalizált π 1 -molekulapálya teljes elektronsűrűség

34 Kovalens kötés Kötések erőssége KJ/mol hossz C C pm C = C +(-271) 134 pm C C +(-197) 120 pm benzol +(-156) 140 pm Kötési energia: a kötés felszakadása esetén fellépő energiaváltozás

35 Kovalens kötés Néhány érdekesség 2 x C-C > C=C 2 x C-N < C=N 2 x O-O < O=O 2 x C-O ~ C=O 2 x N-N ~ N=N 3 x N-N << N 2 kötésrend (kötések száma)

36 Kovalens kötés Kötés polaritás H-H apoláris nem dipólusos molekula H-F poláris dipólusos molekula Li-H poláris Li-F ionos

37 Kovalens kötés Kötés polaritás EN Polaritás H 2 0 apoláris HI ~0,5 gyengén poláris HBr ~0,7 poláris HCl ~0,9 erősen poláris HF ~1,9 igen erősen poláris NaCl ~2,1 ionos

38 Fe: Fémes kötés Kis elektronegativitású elemek Jó hő- és elektromos vezetők Fémionok (atomtörzsek) Kiterjedt, delokalizált elektronfelhő

39 Elsődleges kémiai kötések Ionos EN Fémes átlagos EN Kovalens

40 Elsődleges kémiai kötések

41 Kémiai kötések Na Ionos kötés Kovalens kötés Fémes kötés Elsődleges kötések: kovalens, ionos, fémes ( >20 kj/mol) Másodlagos: diszperz, dipólus, hidrogénkötés (1-20 kj/mol) jellemzők: kötési energia, kötéshossz, kötésrend

42 Molekulák Kovalens kémiai kötéssel összetartott atomok véges halmaza.

43 Molekulák alakja VSEPR elmélet valence-shell electron-pair repulsion theory vegyértékelektronpár taszítási elmélet --- elektronpárok taszítják egymást --- egy magános elektronpárnak nagyobb a taszító effektusa, mint egy kötő elektronpárnak (=> nagyobb a térigénye) MP,MP > MP,KP > KP,KP A kettes és hármas kötéseket úgy kezeljük, mint egy elektronpárt.

44 Molekulák alakja - VSEPR VSEPR vegyérték-elektronpár taszítási elmélet nemkötő elektronpár > kötő elektronpár 4 2 3

45 Adja meg a következő molekulák alakját! H 2 Se PH 3 H 2 C=CH 2 H 3 CCH 2 CH=CHC(O)H

46 VSEPR II 6 5

47 Adja meg a következő molekulák alakját! PCl 5 SiF 6 2 SeF 4 Cl 2 NSF 5

48 Molekulák polaritása Poláris kötés Poláris molekula???? Egy kötés poláris, ha a kötő elektronok egyenlőtlenül oszlanak meg a két kötő atom között. A poláris molekula egy olyan molekula, ahol a dipólusmomentum nem nulla. Kétatomos molekula: molekula polaritása kötés polaritása, pl. HCl Többatomos molekula: vektoriális, pl. H 2 O, CCl 4 kötés dipólusok molekula dipólusa

49 Molekulák közti kölcsönhatás Másodlagos kölcsönhatások Ion-dipól kölcsönhatás Dipól dipól kölcsönhatás (poláris molekulák) Indukált dipól indukált dipól kölcsönhatás diszperziós erők (apoláris molekulák esetén)

50 Dipól-dipól, ion-diól kölcsönhatás ion-dipól dipól-dipól pl. sók vizes oldata pl. éter (foly. áll.)

51 Van der Waals kölcsönhatás pl. paraffin, kondenzált nemesgázok apoláris molekula fluktuáció másik apoláris molekula Johannes Diderik van der Waals ( ) Nobel-díj: 1910 Van der Waals kh.

52 Hidrogénkötés víz peptidek DNS: bázispárok Klasszikus H-kötés feltételei: nagy elektronegativitású atomhoz (F,O,N) közvetlen kapcsolódó H-atom és magános elektronpár szintén nagy EN-ú atomon ( Nem-klasszikus: pl -C H O=C- )

53 Kémiai kötések kovalens POLIMEREK fémes másodrendű FÉMEK ionos KERÁMIÁK, ÜVEGEK

54 Gáz folyadék szilárd Molekulák: másodlagos kölcsönhatás növekszik Gázok Folyadékok Molekuláris szilárd anyagok Atomok közötti elsődleges kölcsönhatás: Térhálós szilárd anyagok Ionos szilárd anyagok Fémek