Esimerkkikysymyksiä kovalenttisista sidoksista
Johdanto
Kovalenttisidos on kemiallisen sidoksen tyyppi, jossa kahdella atomilla on yhteinen elektronipari tai useampi elektroni vakaan elektronikonfiguraation saavuttamiseksi, kuten jalokaasuissa. Tämä sidos syntyy tyypillisesti epämetalliatomien välillä, joilla on suhteellisen korkea elektronegatiivisuus ja jotka eivät ole merkittävästi erilaisia. Kovalenttisten sidosten muodostumisella on ratkaiseva rooli sekä orgaanisessa että epäorgaanisessa kemiassa, ja se on monien päivittäin kohtaamiemme yhdisteiden perusta. Tässä artikkelissa käsittelemme useita esimerkkejä kovalenttisista sidoksista ja tarjoamme ratkaisuja, jotka auttavat meitä ymmärtämään niitä paremmin.
Katso myös Soal ja Pembahasan
Kysymys 1
Määritä H2O-molekyyliin (vesimolekyyliin) muodostuneiden kovalenttisten sidosten tyyppi ja lukumäärä.
Keskustelu:
Vesimolekyyli koostuu yhdestä happiatomista (O) ja kahdesta vetyatomista (H).
1. Elektronikonfiguraatio:
– Happi: 1s² 2s² 2p⁴ (yhteensä 8 elektronia)
– Vety: 1s¹ (yhteensä 1 elektroni)
Happi tarvitsee kaksi elektronia lisää oktettikonfiguraation saavuttamiseksi (8 elektronia uloimmalla kuorellaan), kun taas jokainen vetyatomi tarvitsee yhden elektronin duplettikonfiguraation saavuttamiseksi (2 elektronia K-kuorella).
2. Kovalenttisten sidosten muodostuminen:
– Jokainen vetyatomi jakaa yhden elektronin happiatomin kanssa.
– Happi jakaa kaksi elektronia kahden vetyatomin kanssa, yhden kumpaakin atomia kohden.
Näin ollen H2O-molekyyliin muodostuu kaksi kovalenttista sidosta, yksi happiatomin ja yksi vetyatomin välille.
Kysymys 2
Kirjoita metaanimolekyylin (CH₄) Lewis-rakenne.
Keskustelu:
Metaani koostuu yhdestä hiiliatomista (C) ja neljästä vetyatomista (H).
1. Elektronikonfiguraatio:
– Hiili: 1s² 2s² 2p² (yhteensä 6 elektronia)
– Vety: 1s¹ (yhteensä 1 elektroni)
Hiilellä on neljä valenssielektronia (2s² 2p²), ja se tarvitsee neljä elektronia lisää muodostaakseen oktetin.
2. Kovalenttisten sidosten muodostuminen:
– Jokainen vetyatomi jakaa yhden elektronin hiiliatomin kanssa.
– Hiili jakaa neljä elektronia neljän vetyatomin kanssa, yhden kutakin atomia kohden.
Metaanin Lewis-rakenne on seuraava:
”`
H
|
H – C – H
|
H
”`
Hiili on keskellä ja siinä on neljä yksinkertaista kovalenttista sidosta neljään vetyatomiin.
Kysymys 3
Määritä hiilidioksidin (CO₂) Lewis-rakenne ja molekyylimuoto.
Keskustelu:
Hiilidioksidi koostuu yhdestä hiiliatomista (C) ja kahdesta happiatomista (O).
1. Elektronikonfiguraatio:
– Hiili: 1s² 2s² 2p² (yhteensä 6 elektronia)
– Happi: 1s² 2s² 2p⁴ (yhteensä 8 elektronia)
Hiilellä on neljä valenssielektronia, kun taas jokaisella happiatomilla on kuusi. Hiili tarvitsee neljä elektronia lisää oktetin muodostumiseen, kun taas jokainen happiatomi tarvitsee kaksi lisää.
2. Kovalenttisten sidosten muodostuminen:
– Hiili jakaa kaksi elektronia jokaisen happiatomin kanssa.
– Hiilen ja kunkin hapen välille muodostuu kaksi kovalenttista kaksoissidosta.
CO₂:n Lewis-rakenne on seuraava:
”`
O = C = O
”`
Molekyylin muoto on lineaarinen ja sidoskulma on 180°.
Kysymys 4
Laske valenssielektronien kokonaismäärä ja piirrä ammoniakkimolekyylin (NH₃) Lewis-rakenne.
Keskustelu:
Ammoniakki koostuu yhdestä typpiatomista (N) ja kolmesta vetyatomista (H).
1. Elektronikonfiguraatio:
– Typpi: 1s² 2s² 2p³ (yhteensä 7 elektronia)
– Vety: 1s¹ (yhteensä 1 elektroni)
Typellä on viisi valenssielektronia, joten oktetin muodostumiseen tarvitaan kolme elektronia lisää.
2. Valenssielektronien kokonaismäärä:
– Typpi: 5 valenssielektronia.
– Vety (3 atomia): 3 elektronia (1 elektroni atomia kohden).
Valenssielektronien kokonaismäärä = 5 + 3 = 8 valenssielektronia.
3. Kovalenttisten sidosten muodostuminen:
– Typpi jakaa yhden elektronin jokaisen vetyatomin kanssa.
NH₃:n Lewis-rakenne on:
”`
H
|
H – N – H
|
”`
Ja typessä on vapaiden elektronien pari (yksinäinen elektronipari).
Kysymys 5
Piirrä ja selitä nitraatti-ionin (NO₃⁻) Lewis-rakenne.
Keskustelu:
Nitraatti-ioni on polyatominen yhdiste, jossa on yksi typpi (N) ja kolme happea (O) sekä negatiivinen varaus.
1. Elektronikonfiguraatio:
– Typpi: 1s² 2s² 2p³ (yhteensä 7 elektronia)
– Happi: 1s² 2s² 2p⁴ (yhteensä 8 elektronia)
Typellä on viisi valenssielektronia, kun taas jokaisella hapella on kuusi valenssielektronia.
2. Valenssielektronien kokonaismäärä:
– Typpi: 5 elektronia.
– Happi (3 atomia): 18 elektronia (6 elektronia atomia kohden).
– Lisäelektroni negatiivisten ionien vuoksi: 1 elektroni.
Valenssielektronien kokonaismäärä = 5 + 18 + 1 = 24 valenssielektronia.
3. Kovalenttisten sidosten muodostuminen ja Lewis-rakenteiden valmistus:
– Typpi muodostaa kaksoissidoksen yhden happiatomin kanssa ja yksöissidoksen kahden muun happiatomin kanssa.
– Negatiivisen varauksen tasainen jakautuminen kahden yksinkertaisella sidoksella varustetun happiatomin välillä sisältää resonanssin.
NO₃⁻:n Lewis-rakenne on:
”`
O
/
PÄÄLLÄ=O
”`
Mutta elektronin delokalisaation kuvaamiseksi on lisättävä resonanssimerkki.
Johtopäätös
Kovalenttisidos on kemian peruskäsite, jossa atomit jakavat elektroneja vakauden saavuttamiseksi. Lewis-rakenteiden piirtäminen, valenssielektronien laskeminen ja molekyylimuotojen määrittäminen ovat olennaisia taitoja kemiallisten prosessien syvemmän ymmärtämisen kannalta. Yllä olevien esimerkkien avulla toivotaan, että lukijat saavat paremman ymmärryksen kovalenttisten sidosten muodostumisesta ja ominaisuuksista.
