Kafli 8 - Svör við æfingum

Svör við æfingum

8.1 Kenning um gildistengi

Líkindi: Báðar tegundir efnatengja verða til vegna skörunar atómsvigrúma á aðlægum atómum og innihalda að hámarki tvær rafeindir. Mismunur: σ-tengi eru sterkari og verða til vegna enda-við-enda skörunar og öll eintengi eru σ-tengi; π-tengi milli sömu tveggja atóma eru veikari vegna þess að þau verða til vegna hlið-við-hlið skörunar og fjöltengi innihalda eitt eða fleiri π-tengi (auk σ-tengis).

Sérstök meðaltengilengd er fjarlægðin með lægstu orkuna. Í fjarlægðum sem eru minni en tengilengdin hrinda jákvæðu hleðslurnar á kjörnunum tveimur hvor annarri frá sér og heildarorkan eykst.

Efnatengi: Eitt σ-tengi og eitt π-tengi. s-svigrúmin eru fyllt og skarast ekki. p-svigrúmin skarast meðfram ásnum til að mynda σ-tengi og hlið við hlið til að mynda π-tengi.

This figure shows the orbitals of two atoms being added together as they form bonds. The two atoms are shown separately on the right, each having two peanut-shaped orbitals lying perpendicularly to one another. A right-facing arrow shows that the two have moved closer together and now the upper and lower portions of the vertical peanut-shaped orbitals are shown as merging together above and below the plane of the molecule while the horizontal peanut-shaped orbitals are overlapping between the two nuclei.

Nei, tvö af p-svigrúmunum (eitt á hverri N-frumeind) munu snúa enda í enda og mynda σ-tengi.

Two nitrogen atoms are shown both in a Lewis structure and as a diagram. The Lewis structure depicts the two nitrogen atoms bonded by a triple bond. The diagram shows two nitrogen atoms and their three peanut-shaped p-orbitals. One of the orbitals lies horizontally and overlaps between the two nuclei. It is labeled, “sigma bond.” The other two lie vertically and in the z-plane of the page. They overlap above and below and into and out of the page in relation to the nuclei. They are each labeled, “pi bond.”

8.2 Blendingssvigrúm frumeinda

Blöndun er kynnt til sögunnar til að útskýra rúmfræði tengisvigrúma í gildistengiskenningunni.

Það eru engin d-svigrúm í girðihvolfi kolefnis.

þríhyrningslaga flatt, sp²; þríhyrningslaga pýramídi (eitt rafeindapar á A) sp³; T-laga (tvö rafeindapör á A sp³d, eða (þrjú rafeindapör á A) sp³d²

(a) Hvert S hefur beygða (109°) lögun, sp³

(b) Beygð (120°), sp²

(c) Þríhyrningslaga flatt, sp²

(d) Ferflötungur, sp³

A Lewis structure is shown in which eight sulfur atoms, each with two lone pairs of eletrons, are single bonded together into an eight-sided ring.

Two Lewis structure are shown, connected by a double-ended arrow. The left structure shows a sulfur atom with one lone pair of electrons double bonded to an oxygen atom with two lone pairs of electrons on the left and single bonded to an oxygen atom with three lone pairs of electrons on the right. The right structure shows the same molecule, except that the double bonded oxygen is on the right side of the sulfur and the single bonded oxygen is to the left of the sulfur.

A Lewis structure of a sulfur atom singly bonded to two oxygen atoms, each with three lone pairs of electrons, and double bonded to a third oxygen atom with two lone pairs of electrons is shown.

A Lewis structure is shown in which a sulfur atom is single bonded to four oxygen atoms. Two of the oxygen atoms have three lone pairs of electrons while the other two each have two lone pairs of electrons and are each singly bonded to a hydrogen atom.

(a) XeF₂
(b)

(c) línulegur (d) sp³d

A Lewis structure is shown in which a xenon atom that has three lone pairs of electrons is single bonded to two fluorine atoms, each of which has three lone pairs of electrons.

(a)

(b) P frumeindir, þríhyrningslaga pýramídi; S frumeindir, beygður, með tvö rafeindapör; Cl frumeindir, þríhyrningslaga pýramídi; (c) Blendingssvigrúm í kringum P, S og Cl er í öllum tilvikum sp³; (d) Oxunartölur P +1, S ${-1\frac{1}{3},}$ Cl +5, O –2. Formlegar hleðslur: P 0; S 0; Cl +2: O –1

Two Lewis structure are shown, the left of which depicts three phosphorus atoms single bonded together to form a triangle. Each phosphorus is bonded to a sulfur atom by a vertical single bond and each of those sulfur atoms is then bonded to a single phosphorus atom so that a six-sided ring is created with a sulfur in the middle. Each sulfur atom in this structure has two lone pairs of electrons while each phosphorus has one lone pair. The second Lewis structure shows a chlorate atom single bonded to two oxygen atoms, each of which has three lone pairs of electrons, and double bonded to an oxygen atom, which has two lone pairs of electrons.

Two Lewis structures are shown. The left structure shows a nitrogen atom with one lone pair of electrons single bonded to three fluorine atoms, each of which has three lone pairs of electrons. The right structure shows a phosphorus atoms single bonded to five fluorine atoms, each of which has three lone pairs of electrons.

Fosfór og nitur geta myndað sp³ blendingssvigrúm til að mynda þrjú tengi og halda einu rafeindapari í PF₃ og NF₃, hvort um sig. Hins vegar hefur nitur engin d svigrúm í girðitalahveli, svo það getur ekki myndað sett af sp³d blendingssvigrúmum til að binda fimm flúorfrumeindir í NF₅. Fosfór hefur d svigrúm og getur bundið fimm flúorfrumeindir með sp³d blendingssvigrúmum í PF₅.

8.3 Fjölföld tengi

Þrítengi samanstendur af einu σ-tengi og tveimur π-tengjum. σ-tengi er sterkara en π-tengi vegna meiri skörunar.

(a)

(b) Endakolefnisatómið notar sp³ blendingssvigrúm, en miðkolefnisatómið er sp-blandað. (c) Hvort tveggja π-tengjanna er myndað með skörun 2p-svigrúms á kolefni og 2p-svigrúms á köfnunarefni.

A Lewis structure is shown in which a carbon atom is attached by single bonds to three hydrogen atoms. It is also attached by a single bond to a carbon atom that is triple bonded to a nitrogen atom with one lone electron pair. Below the structure is a right facing arrow with its head near the nitrogen and its tail, which looks like a plus sign, located near the carbon atoms. The arrow is labeled, “dipole moment.”

(a) sp²; (b) sp; (c) sp²; (d) sp³; (e) sp³; (f) sp³d; (g) sp³

(a) sp², óstaðbundnar; (b) sp, staðbundnar; (c) sp², óstaðbundnar; (d) sp³, óstaðbundnar

A diagram is shown in two parts, connected by a right facing arrow labeled, “Hybridization.” The left diagram shows an up-facing arrow labeled, “E.” To the lower right of the arrow is a short, horizontal line labeled, “2 s,” that has two vertical half-arrows facing up and down on it. To the upper right of the arrow are a series of three short, horizontal lines labeled, “2 p.” Above both sets of lines is the phrase, “Orbitals in an isolated C atom.” There are two upward facing arrows on two of these lines. The right side of the diagram shows two short, horizontal lines placed halfway up the space and each labeled, “s p.” An upward-facing half arrow is drawn vertically on each line. Above these lines are two other short, horizontal lines, each labeled, “2 p,” and which have two upward facing arrows on them. Above both sets of lines is the phrase, “Orbitals in the s p hybridized C in C O subscript 2.”

Hver af fjórum rafeindum er í sérstöku svigrúmi og skarast við rafeind á súrefnisatómi.

8.4 Sameindasvigrúmakenningin

(a) Líkindi: Hvort tveggja eru bindandi svigrúm sem geta innihaldið að hámarki tvær rafeindir. Mismunur: σ-svigrúm eru samsetningar frumeindasvigrúma enda á enda, en π-svigrúm myndast við hliðstæða skörun svigrúma. (b) Líkindi: Hvort tveggja eru skammtafræðileg fyrirbæri sem tákna líkurnar á að finna rafeindina í kringum frumeindina eða sameindina. Mismunur: ψ fyrir frumeindasvigrúm lýsir hegðun aðeins einnar rafeindar í einu miðað við frumeindina. Fyrir sameind táknar ψ stærðfræðilega samsetningu frumeindasvigrúma. (c) Líkindi: Hvort tveggja eru svigrúm sem geta innihaldið tvær rafeindir. Mismunur: Bindandi svigrúm leiða til þess að tvær eða fleiri frumeindir haldast saman. Andbindandi svigrúm hafa þau áhrif að óstöðugleika er valdið í öllum efnatengjum sem hafa myndast.

Oddatala rafeinda getur aldrei verið pöruð, óháð fyrirkomulagi sameindasvigrúmanna. Hún verður alltaf paramagnetic.

Bindandi svigrúm hafa rafeindaþéttleika í nálægð við fleiri en einn kjarna. Víxlverkunin milli bindandi jákvætt hlaðinna kjarna og neikvætt hlaðinna rafeinda kemur stöðugleika á kerfið.

Pörun tveggja bindandi rafeinda lækkar orku kerfisins miðað við orku ótengdu rafeindanna.

(a) H₂ tengigráða = 1, ${{\text{H}}_{2}^{\text{+}}}$ tengigráða = 0,5, ${{\text{H}}_{2}^{\text{−}}}$ tengigráða = 0,5, sterkasta efnatengið er H₂; (b) O₂ tengigráða = 2, ${{\text{O}}_{2}^{\text{2+}}}$ tengigráða = 3; ${{\text{O}}_{2}^{\text{2−}}}$ tengigráða = 1, sterkasta efnatengið er ${{\text{O}}_{2}^{\text{2+}};}$ (c) Li₂ tengigráða = 1, ${{\text{Be}}_{2}^{\text{+}}}$ tengigráða = 0,5, Be₂ tengigráða = 0, sterkasta efnatengið er ${\text{Li}}_{2}$ ;(d) F₂ tengigráða = 1, ${{\text{F}}_{2}^{\text{+}}}$ tengigráða = 1,5, ${{\text{F}}_{2}^{\text{−}}}$ tengigráða = 0,5, sterkasta efnatengið er ${{\text{F}}_{2}^{\text{+}};}$ (e) N₂ tengigráða = 3, ${{\text{N}}_{2}^{\text{+}}}$ tengigráða = 2,5, ${{\text{N}}_{2}^{\text{−}}}$ tengigráða = 2,5, sterkasta efnatengið er N₂

(a) H₂; (b) N₂; (c) O; (d) C₂; (e) B₂

Já, flúor er minni frumeind en Li, þannig að rafeindir í 2s svigrúminu eru nær kjarnanum og stöðugri.

2+

N₂ hefur s-p blöndun, þannig að π svigrúmin eru þau síðustu sem fyllast í ${{\text{N}}_{2}^{\text{2+}}.}$ . O₂ hefur ekki s-p blöndun, þannig að σ_p svigrúmið fyllist á undan π svigrúmunum.