KEMA00. Magnus Ullner. Föreläsningsanteckningar och säkerhetskompendium kan laddas ner från

Transkript

1 KEMA00 Magnus Ullner Föreläsningsanteckningar och säkerhetskompendium kan laddas ner från Användarnamn: Kema00 Lösenord: DeltaH0

2 Repetition F2 Vågfunktion Ψ och sannolikhetstäthet Ψ 2 Kvanttal: n, l, m l, m s Aufbauprincipen: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, Atomnummer Z och effektiv kärnladdning Z eff Joniseringsenergi och elektronaffinitet

3 F3 Kemisk bindning Valenselektroner förs över eller delas Jonbindning: elektronerna lokaliserade kring en atomkärna Kovalent bindning: elektronerna delokaliserade kring ett begränsat antal atomkärnor, två eller fler Metallbindning: elektronerna delokaliserade kring många atomkärnor i hela materialet

4 Oktettregeln Ädelgasstruktur med ns 2 np 6 (eller 1s 2 motsvarande He) med 8 (2) elektroner i yttersta skalet eftersträvas

5 Katjoners elektronkonfiguration Ta bort de yttersta elektronerna från 1. np 2. ns 3. (n 1 )d Exempel Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Al 3+ : 1s 2 2s 2 2p 6

6 Energinivåer Enligt Atkins/Jones: 4s har lägre energi än 3d då Z 20, men byter ordning för Z > 20 Mer korrekt beskrivning: 4s har lägre energi än 3d för atomer, men byter ordning för katjoner Vid underskott av elektroner minskar energiskillnader inom ett skal (3p, 3d närmar sig 3s)

7 Anjoners elektronkonfiguration Lägg till elektroner tills nästa ädelgasstruktur uppnås, dvs. full oktett (dubblett för He-struktur) Exempel S: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 S 2- : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

8 Övning Ange elektronkonfigurationen i grundtillståndet för 1. N 3-2. O 2-3. Ca Zn Br -

9 Svar 1. N 3- : 1s 2 2s 2 2p 6 (N: 1s 2 2s 2 2p 3 ) 2. O 2- : 1s 2 2s 2 2p 6 (O: 1s 2 2s 2 2p 4 ) 3. Ca 2+ : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 (Ca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ) 4. Zn 2+ : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 (Zn: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 ) 5. Br - : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 (Br: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 )

10 Jonbindning I en jonkristall är katjoners och anjoners positioner starkt korrelerade Katjon-anjon-attraktion uppväger katjon-katjon- och anjon-anjon-repulsion

11 Jonbindning - nettoenergi Na(g) Na + (g) + e - (g) 494 kj mol -1 (energi krävs) Cl(g) + e - (g) Cl - (g) -349 kj mol -1 (energi avges) Delsumma: 145 kj mol -1 Na + (g) + Cl - (g) NaCl(s) -787 kj mol -1 Nettoenergi: -642 kj mol -1

12 Lewisstruktur för atomer Valenselektroner anges med prickar Parade elektroner som delar en orbital anges som par Oparade elektroner ensamma i orbitaler anges med enkelprick

13 Lewisstruktur för joner Elektroner tas bort eller läggs till strukturen för atomen Laddning anges

14 Kovalent bindning Istället för att uppfylla oktettregeln genom att skapa joner, kan atomer skapa oktett genom att dela på elektronpar

15 Lewisstruktur för molekyler Elektronpar i bindningar anges med streck Fria elektronpar anges som dubbelprickar dubbelbindning enkelbindning fritt elektronpar

16 Recept för lewisstruktur 1. Räkna valenselektroner 2. Ordna atomerna 3. Rita enkelbindningar mellan bundna atomer 4. Fyll på oktetter med fria elektronpar 5. Om elektronparen inte räcker till, rita dubbel- och/eller trippelbindningar

17 Övning Rita lewisstrukturen för följande molekyler/joner 1. H 2 O 2. NH 3 3. NH NO 3 -

18 Svar 1. H 2 O 2. NH 3 3. NH NO 3 -

19 Resonans Flera möjliga lewisstrukturer som uppfyller oktettregeln etc Resonansstrukturer indikeras med dubbelpilar Den sanna strukturen är en blandning av resonansstrukturerna med elektronpar delade av mer än två atomer Bindningarna är mellanting mellan enkel- och dubbelbindningar

20 Bensen

21 Undantag från oktettregeln I Radikaler oparade elektroner

22 Undantag från oktettregeln II Expanderade valensskal ns och np tar hjälp av nd» H PCl 5 (g)

23 Formella laddningar i lewisstruktur I en lewisstruktur är den formella laddning för en atom skillnaden mellan antalet valenselektroner i grundämnet och antalet elektroner som tillhör atomen i strukturen (hela fria elektronpar och halva bindande elektronpar) Summan av de formella laddningarna är densamma som den totala laddningen hos molekylen/jonen Lewisstrukturen med de lägsta formella laddningarna har troligen lägst energi och är mest sannolik Formella laddningar kan hjälpa till att avgöra i vilken ordning atomer ska bindas, t.ex. SCN - om expanderat valensskal ska utnyttjas

24 Recept för lewisstruktur med formella laddningar 1. Ta fram möjliga lewisstrukturer 2. För varje atom i varje lewisstruktur, räkna ut formell laddning = antal valenselektroner i grundämnet antal bindningar 2 fria elektronpar i lewisstrukturen 3. Hitta lewisstrukturen (eventuellt flera, ekvivalenta resonansstrukturer) med de lägsta formella laddningarna mest sannolik

25 Övning Hitta den mest sannolika lewisstrukturen för SO 4 2-

26 Svar normal expanderat valensskal (resonans) (resonans) mest sannolik

27 Polär kovalent bindning Olika atomslag har olika tendens att dra åt sig elektroner När elektronernas laddning förskjuts får atomerna partiella laddningar och en elektrisk dipol skapas

28 Elektronegativitet Förmåga att attrahera elektroner

29 Bindningskaraktär När skillnaden i elektronegativitet mellan två bundna atomer ökar, ökar polariteten och den joniska karaktären i den kovalenta bindningen När skillnaden är stor är det bättre att tala om jonbindning Tumregel Δχ < 1,5 kovalent Δχ > 2 jonisk

30 Formella laddningar och oxidationstal Formella laddningar överdriver den kovalenta karaktären genom att anta elektronpar i bindningar delas lika Formella laddningar beror på lewisstrukturen Oxidationstal överdriver jonkaraktären genom att anta att alla elektronerna i en bindning tagits om hand av den mest elektronegativa atomen Oxidationstal beror inte på någon lewisstruktur

31 Polariserbarhet Stora elektronmoln, löst bundna till kärnan kan förskjutas, polariseras Stora anjoner kan polariseras av katjoner Effekten blir större ju mindre katjonen är och ju högre laddning den har En polariserad jonbindning har kovalent karaktär

32 Övning I vilken förening har bindningarna mest kovalent karaktär? 1. NaBr eller MgBr 2? 2. NaBr eller KBr? 3. NaBr eller NaI?

33 Svar I vilken förening har bindningarna mest kovalent karaktär? 1. NaBr eller MgBr 2? 2. NaBr eller KBr? 3. NaBr eller NaI?

34 Bindningsenergi och bindningslängd Energin för en bindning är en funktion av avståndet mellan atomkärnorna Bindningslängden motsvaras av minimat (det mest gynnsamma avståndet) i energifunktionen Bindningsstyrkan mäts av dissociationsenergin, dvs. energin som krävs för reaktionen A-B(g) A(g) + B(g)

35 Bindningsstyrka Bindningsstyrkan ökar med ökande bindningstal (enkel-, dubbel-, trippelbindning) minskande antal fria elektronpar minskande atomradie resonans

36 Övning I vilken förening är bindningarna starkast? 1. HCl eller HI? 2. N 2 eller F 2? 3. H 2 eller F 2?

37 Svar I vilken förening är bindningarna starkast? 1. HCl eller HI? (Cl har mindre atomradie än I) 2. N 2 eller F 2? (N 2 har trippelbindning, F 2 enkelbindning) :N N: 3. H 2 eller F 2? (H 2 saknar fria elektronpar, F 2 har tre på varje atom) H H