Wzory elektronowe i wolne pary elektronowe
Chemia
Zestaw pomaga opanować tworzenie wzorów elektronowych Lewisa dla cząsteczek i jonów złożonych oraz rozpoznawanie wolnych par elektronowych. Utrwalisz liczenie elektronów walencyjnych, zasady rozmieszczania par wiążących i niewiążących oraz typowe przykłady spotykane w liceum.
1.Wzór elektronowy (Lewisa)
Sposób zapisu budowy cząsteczki lub jonu, w którym pokazuje się elektrony walencyjne jako kropki lub kreski. Kreska oznacza wspólną parę elektronową, czyli wiązanie, a pary niewiążące zapisuje się przy odpowiednich atomach.
2.Elektrony walencyjne
Elektrony znajdujące się na zewnętrznej powłoce atomu, biorące udział w tworzeniu wiązań chemicznych. To właśnie ich liczbę sumuje się przy układaniu wzoru elektronowego cząsteczki lub jonu.
3.Wolna para elektronowa
Para elektronowa należąca do jednego atomu, która nie tworzy wiązania z innym atomem. We wzorze Lewisa zapisuje się ją jako dwie kropki przy symbolu pierwiastka.
4.Para wiążąca
Para elektronowa wspólna dla dwóch atomów, tworząca wiązanie kowalencyjne. We wzorze elektronowym można ją zaznaczyć dwiema kropkami między atomami albo jedną kreską.
5.Reguła dubletu
Zasada mówiąca, że atom wodoru uzyskuje trwałą konfigurację, gdy ma wokół siebie 2 elektrony. Dlatego wodór tworzy zwykle jedno wiązanie i nie bywa atomem centralnym w typowych wzorach Lewisa.
6.Reguła oktetu
Tendencja atomów wielu niemetali do uzyskania 8 elektronów walencyjnych w otoczeniu przez tworzenie wiązań i zachowanie wolnych par. Przy układaniu wzorów Lewisa jest to podstawowa zasada dla atomów takich jak C, N, O czy F.
7.Atom centralny
Atom, wokół którego rozmieszcza się pozostałe atomy w cząsteczce lub jonie złożonym. Zwykle jest to atom mniej elektroujemny niż atomy końcowe; wodór nie pełni tej roli.
8.Jon złożony
Jon zbudowany z co najmniej dwóch atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi, mający ładunek całkowity. Przy zapisie wzoru Lewisa trzeba uwzględnić ten ładunek podczas liczenia elektronów walencyjnych.
9.Liczba elektronów w anionie
Dla anionu do sumy elektronów walencyjnych atomów dodaje się tyle elektronów, ile wynosi wartość ładunku ujemnego. Na przykład dla dodaje się 1 elektron.
10.Liczba elektronów w kationie
Dla kationu od sumy elektronów walencyjnych atomów odejmuje się tyle elektronów, ile wynosi wartość ładunku dodatniego. Na przykład dla odejmuje się 1 elektron.
11.Wiązanie pojedyncze
Wiązanie utworzone przez jedną wspólną parę elektronową. We wzorze Lewisa przedstawia się je jedną kreską między atomami.
12.Wiązanie podwójne
Wiązanie utworzone przez dwie wspólne pary elektronowe. We wzorze Lewisa zapisuje się je dwiema kreskami; często pojawia się np. w .
13.Wiązanie potrójne
Wiązanie utworzone przez trzy wspólne pary elektronowe. We wzorze Lewisa zapisuje się je trzema kreskami, np. w .
14.Uzupełnianie oktetów
Etap tworzenia wzoru elektronowego polegający na rozmieszczeniu pozostałych elektronów tak, aby atomy końcowe, a potem centralny, miały trwałą konfigurację elektronową. Najpierw zwykle zapełnia się atomy zewnętrzne.
15.Ładunek jonu w nawiasie
Wzór elektronowy jonu złożonego zapisuje się w nawiasie kwadratowym z podanym ładunkiem całkowitym. Pokazuje to, że cała grupa atomów tworzy jeden jon.
16.Typowe wyjątki szkolne
W liceum podstawowym najczęściej korzysta się z prostych cząsteczek i jonów spełniających regułę oktetu lub dubletu. W tym temacie nie wchodzi się zwykle w bardziej złożone wyjątki od reguły oktetu.
Notatka
1. Czym są wzory elektronowe
Wzory elektronowe Lewisa służą do przedstawiania budowy cząsteczek i jonów złożonych z uwzględnieniem elektronów walencyjnych. Pokazują, które elektrony tworzą wiązania kowalencyjne, a które pozostają przy atomie jako wolne pary elektronowe. Dzięki temu można zrozumieć, ile wiązań tworzy dany atom i jak wygląda jego najprostsze otoczenie elektronowe.
W zapisie Lewisa elektrony walencyjne oznacza się kropkami, a wspólną parę elektronową można zapisać także jako kreskę między atomami. Jedna kreska oznacza wiązanie pojedyncze, dwie kreski wiązanie podwójne, a trzy kreski wiązanie potrójne. Wolne pary zapisuje się jako pary kropek przy symbolu atomu.
Najważniejsze jest to, że we wzorach Lewisa nie pokazuje się wszystkich elektronów atomu, lecz tylko te z zewnętrznej powłoki.
Zapamiętaj
Wzór elektronowy przedstawia tylko elektrony walencyjne: pary wiążące i pary niewiążące.
2. Wolne pary elektronowe i reguła dubletu oraz oktetu
Wolna para elektronowa to para elektronów należąca do jednego atomu, która nie uczestniczy w tworzeniu wiązania. Taka para wpływa na właściwości cząsteczki i jest niezbędna do poprawnego narysowania wzoru Lewisa. Przykładowo atom tlenu w ma dwie wolne pary, a atom azotu w jedną.
Przy układaniu wzorów elektronowych stosuje się zwykle regułę dubletu dla wodoru oraz regułę oktetu dla wielu niemetali, zwłaszcza takich jak węgiel, azot, tlen i fluor. Wodór jest trwały, gdy ma w otoczeniu 2 elektrony, a wiele innych atomów dąży do uzyskania 8 elektronów wokół siebie.
W praktyce oznacza to, że sprawdza się, czy po rozrysowaniu wiązań i wolnych par atomy osiągają odpowiednią liczbę elektronów w otoczeniu. Jeśli nie, czasem trzeba zastąpić część wiązań pojedynczych wiązaniami wielokrotnymi, jak w .
Ważne
Wodór nie jest atomem centralnym i w typowych wzorach Lewisa tworzy tylko jedno wiązanie.
3. Jak układać wzór elektronowy krok po kroku
Najpierw oblicza się łączną liczbę elektronów walencyjnych wszystkich atomów. Dla cząsteczki obojętnej po prostu sumuje się elektrony walencyjne poszczególnych atomów. Dla anionu dodaje się tyle elektronów, ile wynosi wartość ładunku ujemnego, a dla kationu tyle elektronów się odejmuje.
Następnie wybiera się atom centralny. Zwykle jest to atom mniej elektroujemny niż atomy końcowe; wyjątkiem praktycznym jest wodór, który nie zajmuje położenia centralnego. Potem łączy się atom centralny z atomami zewnętrznymi wiązaniami pojedynczymi.
Kolejny etap to rozmieszczenie pozostałych elektronów tak, aby najpierw atomy zewnętrzne, a potem centralny osiągnęły oktet albo dublet. Jeśli po tym atom centralny nie ma pełnego oktetu, można utworzyć wiązanie podwójne lub potrójne z wykorzystaniem wolnej pary atomu sąsiedniego.
Dla jonów złożonych cały wzór ujmuje się w nawias kwadratowy i dopisuje ładunek całkowity jonu.
4. Typowe przykłady szkolne
W cząsteczce suma elektronów walencyjnych wynosi 8. Tlen tworzy dwa wiązania pojedyncze z atomami wodoru i pozostają mu jeszcze dwie wolne pary elektronowe. Każdy wodór ma dublet, a tlen oktet.
W cząsteczce jest także 8 elektronów walencyjnych. Azot tworzy trzy wiązania pojedyncze z wodorem i ma jedną wolną parę. W cząsteczce węgiel tworzy cztery wiązania pojedyncze i nie ma wolnych par.
W cząsteczce suma elektronów walencyjnych wynosi 16. Aby zarówno węgiel, jak i tlen spełniały regułę oktetu, zapisuje się dwa wiązania podwójne: . Każdy atom tlenu ma wtedy po dwie wolne pary, a węgiel nie ma żadnej.
Przykład
W jonie tlen i wodór dają razem 7 elektronów walencyjnych, ale ładunek ujemny oznacza dodanie 1 elektronu, więc łącznie są 8 elektrony walencyjne.
5. Jony złożone i rola ładunku
Przy wzorach elektronowych jonów złożonych szczególnie ważne jest poprawne uwzględnienie ładunku. Jeśli jon ma ładunek ujemny, to znaczy, że ma więcej elektronów niż odpowiadałoby atomom obojętnym. Jeśli ma ładunek dodatni, elektronów jest mniej.
Przykładem kationu złożonego jest . Azot ma 5 elektronów walencyjnych, cztery atomy wodoru łącznie 4, ale za ładunek dodatni odejmuje się 1 elektron. Otrzymujemy więc 8 elektronów walencyjnych. W zapisie Lewisa azot tworzy cztery wiązania pojedyncze z wodorem i nie ma wolnej pary.
Przykładem anionu jest . Tlen tworzy jedno wiązanie z wodorem, a pozostałe elektrony tworzą przy atomie tlenu trzy wolne pary. Cały układ zapisuje się w nawiasie kwadratowym z ładunkiem ujemnym.
Błędem jest pomijanie ładunku przy liczeniu elektronów lub dopisywanie go do pojedynczego atomu zamiast do całego jonu.
6. Najczęstsze błędy i wskazówki do zadań
W zadaniach maturalnych i szkolnych często trzeba rozpoznać, ile wolnych par elektronowych ma dany atom albo czy poprawnie narysowano wzór Lewisa. Najczęstsze pomyłki to: liczenie wszystkich elektronów zamiast tylko walencyjnych, niewłaściwy wybór atomu centralnego, pomijanie ładunku jonu oraz błędne rozmieszczenie wolnych par.
Warto pamiętać, że atomy końcowe, szczególnie halogeny i tlen, bardzo często zachowują wolne pary. Fluor zwykle tworzy jedno wiązanie i ma trzy wolne pary, tlen najczęściej dwa wiązania i dwie wolne pary, azot trzy wiązania i jedną wolną parę, a węgiel cztery wiązania i brak wolnych par w prostych cząsteczkach szkolnych.
Podczas sprawdzania gotowego wzoru policz jeszcze raz elektrony i upewnij się, że suma zgadza się z obliczeniami początkowymi. To prosty sposób na wychwycenie błędu przed oddaniem zadania.
Quizy w tym zestawie
20 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu