Kémiai kötés 4-1 Lewis elmélet 4-2 Kovalens kötés: bevezetés 4-3 Poláros kovalens kötés 4-4 Lewis szerkezetek 4-5 A molekulák alakja 4-6 Kötésrend, kötéstávolság 4-7 Kötésenergiák Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39
4-1 Lewis-elmélet Vegyértékelektron: a vegyértékhéjon található elektronok. Alapvető szerepük van a kémiai kötés kialakításában (v.ö. Kis ionizációs energia). Kötés típusok Elektron átvitel ionos kötés. Elektronok megosztása: kovalens v. datív kötés. Lewis szerint e - átvitel során az atomok nemesgáz konfigurációra törekszenek. Ez az oktett szabály. Általános Kémia, szerkezet Dia 2 /39
Lewis szimbólumok A vegyjel jelenti az atomot és a törzselektronokat. A vegyjel körüli pontok a vegyértékelektronok. Az első 4 elektron párosítatlan, 4-től 8 elektronig párok keletkeznek a modell szerint: N P Si As Sb Bi Al Se I Ar Általános Kémia, szerkezet Slide 3 /39
Lewis szerkezetek: ionos vegyületek BaO O Ba Ba 2+ 2- O MgCl 2 Mg Cl Cl Mg 2+ - 2 Cl Általános Kémia, szerkezet Slide 4 /39
4-2 Kovalens kötés: bevezetés Kötő pár Magános pár Általános Kémia, szerkezet Slide 5 /39
Koordinációs kovalens kötés H H N H H Cl H H N H H + Cl - Általános Kémia, szerkezet Slide 6 /39
Többszörös kovalens kötés O C O O C O O C O O C O Általános Kémia, szerkezet Slide 7 /39
Többszörös kovalens kötés N N N N N N N N Általános Kémia, szerkezet Slide 8 /39
4-3 Poláros kovalens kötés A negatív és a pozitív töltések súlypontja elválik δ+ δ- H Cl Általános Kémia, szerkezet Slide 9 /39
Elektronegativitás (EN) Az elektronegativitás az atom elektronvonzó képessége, amellyel a kötésben levő elektronokat vonzza. Egy elem, amelynek nagy az elektronaffinitása és nagy az ionizációs energiája, nagy elektronegativitással rendelkezik. Mulliken: EN = (I 1 + A 1 )/2 (csak 57 elemre ismert) Pauling (1932): empírikus, Allred-Rochow (1958): Z* eff Általános Kémia, szerkezet Dia 10 /39
Pauling (1932): empírikus Elektronegativitás Általános Kémia, szerkezet Dia 11 /39
Egy kötés ionos karakter százaléka Pauling javaslata: a kötésben résztvevő két atom elektronegativitásának különbsége a négyzeten meghatározza a kötés ionos karakterét: EN 1 -EN 2 = x Ionos karakter = (1-e (x/2)2 ) 100 % Általános Kémia, szerkezet Dia 12 /39
Egy kötés ionos karakter százaléka Ionos karakter = (1-e (x/2)2 ) 100 % Általános Kémia, szerkezet Dia 13 /39
Ionos karakter százaléka Általános Kémia, szerkezet Slide 14 /39
Az atomok elektronegativitása 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Allred-Rochow F Cl Br H I Li Na K Cs 0 10 20 30 40 50 Z 60 Általános Kémia, szerkezet Slide 15 /39
A vegyületek osztályozása, háromszög EN1-EN2 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 fémes Allred-Rochow H 2 KF ionos kovalens O 2 F 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EN1+EN2 Általános Kémia, szerkezet Slide 16 /39
4-4 Lewis: Szerkezeti képlet - váz központi és terminális atomok. H H H C C O H H H Általános Kémia, szerkezet Slide 17 /39
Lewis-szerkezetek felírása 1. Vegyértékelektronok összeszámlálása (N) (vegyértékhéj elektronjai [Z törzs e-] + töltés) 2. Váz felrajzolása egyszeres kötésekkel. 3. Magános elektronpárok felrajzolása a terminális atomokra, az oktett szabály felhasználásával. 4. Felrajzolt elektronok összeszámlálása (Egy kötés, illetve egy magános elektronpár 2-2 elektron.) 5. Ha az oktett szabály nem áll fenn a központi atomra, akkor a ligandumok magános elektronpárjaiból kötést kell formálni. 6. Formális töltések atomokhoz rendelése.
Formális töltés 1 FC = n valence e- - n lone pair e- - n 2 bond pair e- Több lehetőség esetén : hipotetikus REZONANCIASZERKEZETEK Általános Kémia, szerkezet Slide 19 /39
Példa Lewis szerkezet: nitronium ion, NO 2+. 1: Vegyérték e - = 5 + 6 + 6 1 = 16 e - 2: Váz szerkezet: O N O 3: e - a terminális atomokra: O N O 4: Maradék e - : 16 4 12 = 0 Általános Kémia, szerkezet Slide 20 /39
Példa 5: Többszörös kötések, az oktett szabály szerint. O N O + O=N=O 6: Határozzuk meg a formális töltést: 1 FC(O) = 6-4 (4) = 0 2 1 FC(N) = 5-0 (8) = +1 2 Általános Kémia, szerkezet Slide 21 /39
Hipotetikus REZONANCIASZERKEZETEK Hangyasav -1 Szulfátion +1 Általános Kémia, szerkezet Slide 22 /39
4-5 A molekulák alakja H O H Általános Kémia, szerkezet Slide 23 /39
Terminológia Molekulageometria a magok térbeli helyzete Kötéstávolság: r ij 2 atom - egyensúlyi távolsága. Kötésszög 3 atom - szomszédos kötések szöge. Torziós szög 4 atom - 2 sík szöge Általános Kémia, szerkezet Dia 24 /39
Terminológia VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) elmélet A kötő (bond) és a magános (lone) elektronpárok taszítják egymást. Az elektronpárok olyan helyzetet vesznek fel, hogy a taszítást minimalizálják, igyekeznek maximális távolságra lenni egymástól. Elektrongeometria az elektronpárok eloszlása (a magok helyzetével szemben a röntgendiffrakció ezt nem méri). Általános Kémia, szerkezet Dia 25 /39
Lufi analógia Általános Kémia, szerkezet Slide 26 /39
Metán, ammónia és víz Általános Kémia, szerkezet Slide 27 /39
Kötésszögek CH 4 NH 3 H 2 O H-A-H 109,5 107,3 104,5 SiH 4 PH 3 H 2 S H-A-H 109,5 93,3 92,1 Általános Kémia, szerkezet Slide 28 /39
VSEPR Valence Shell Electron Pair Repulsion Általános Kémia, szerkezet Dia 29 /39
VSEPR n + m = 2 AX 2 : BeH 2, MgCl 2, CO 2, lineáris n + m = 3 AX 3 : BH 3, AlCl 3, CO 3 2, háromszög AX 2 E : O 3, SO 2, V alakú
VSEPR n + m = 4 AX 4 : CH 4, SiF 4, tetraéderes AX 3 E : NH 3, PCl 3,... piramidális AX 2 E 2 : H 2 O, SCl 2,... V alakú
VSEPR n + m = 5 AX 5 : PCl 5, AX 4 E : SF 4, AX 3 E 2 : ClF 3, Trigonális pillangó T alakú AX 2 E 3 : IF 2, I 3, XeF 2... lineáris
VSEPR n + m = 6 AX 6 : SF 6, AX 5 E : BrF 5,... Oktaéderes Piramisos AX 4 E 2 : XeF 4,... négyzet
VSEPR n + m = 7 AX 7 : IF 7, Ötszög alapú bipiramis
VSEPR elmélet alkalmazása Lewis szerkezeti képlet rajza. Határozzuk meg a magános és kötő párok számát. Határozzuk meg az elektronpárok geometriáját. Határozzuk meg a molekula geometriáját. A többszörös kötések egyszer számítandók (nagyobb térfogattal). Egynél több központi atom: egyenként kell kezelni őket. Általános Kémia, szerkezet Slide 35 /39
Dipolus momentum Általános Kémia, szerkezet Slide 36 /39
Dipólus momentum Általános Kémia, szerkezet Slide 37 /39
4-6 Kötésrend, kötéstávolság Magasabb kötésrend eredménye: rövidebb és erősebb kötés Általános Kémia, szerkezet Dia 38 /39
Kötéstávolságok Általános Kémia, szerkezet Slide 39 /39
4-7 Kötésenergiák Általános Kémia, szerkezet Slide 40 /39
Kötés energiák Általános Kémia, szerkezet Slide 41 /39
Kötésenergiák és elektronegativitás Egy A és B atomból álló poláros kötés E(AB) energiája mindig nagyobb mint a E(AA) E(BB) kovalens energia. Pauling javaslata: E AB E(AA) E(BB) + 96.48 x 2, ahol az energia kj mol 1 és x =EN A -EN B. A poláros kötési energia többlet arányos az elektronegativitás különbség négyzetével. Általános Kémia, szerkezet Dia 42 /39
Kötés energiák és reakció entalpiák ΔH rxn = -{ ΔH(termék köt.) - ΔH(reagens köt.)} = -{ ΔH keletkezett - ΔH felbomlott kötések} = -770 kj/mol + (657 kj/mol) = -113 kj/mol Általános Kémia, szerkezet Slide 43 /39