Dæmi um spurningar um efnatengi
Í þessari grein munum við ræða efnatengi - eitt mikilvægasta grundvallarhugtakið í efnafræði. Efnatengi eru víxlverkun milli atóma sem gerir þeim kleift að mynda efnasambönd eða sameindir. Það eru nokkrar algengar gerðir efnatengja: jónísk, samgild og málmtengi. Við skulum skoða hverja gerð tengja með dæmum og umræðum.
Jónísk tenging
Jónatengi myndast þegar rafeindir flytjast frá einu atómi til annars, sem leiðir til jákvætt hlaðinna jóna (katjóna) og neikvætt hlaðinna jóna (anjóna). Þessar katjónir og anjónir laðast síðan að hvor annarri með rafstöðuvirkum kröftum.
Dæmi um spurningu 1
Spurning:
Gefðu dæmi og útskýrðu hvernig jónatengi myndast milli natríums (Na) og klórs (Cl).
Umræða:
Natríum (Na) er basískt frumefni með sætistölu 11, þannig að efnaskipan þess er 2, 8, 1. Natríum hefur tilhneigingu til að missa eina rafeind til að ná stöðugri áttaskipan og verður að Na+.
Klór (Cl) er halógen frumefni með sætistölu 17, þannig að stilling þess er 2, 8, 7. Klór hefur tilhneigingu til að taka við einni rafeind til að ná stöðugri áttatómstillingu og verður að Cl-.
Þegar natríum og klór hvarfast við missir natríum eina rafeind:
\[ \text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{e}^- \]
Þó að klór taki við einni rafeind:
[ \text{Cl} + \text{e}^- \rightarrow \text{Cl}^- \]
Niðurstaðan er sú að Na+ og Cl- jónir laðast hvor að annarri með rafstöðukrafti og mynda efnasambandið natríumklóríð (NaCl). Uppbyggingin sem myndast er sterkt kristalgrind.
Samgild tengi
Samgild tengi myndast þegar tvö atóm deila einu eða fleiri rafeindapörum til að ná stöðugri áttattskipan. Samgild tengi geta verið óskautuð (rafeindir eru jafnt deilt) eða skautuð (rafeindir eru ekki jafnt deilt).
Dæmi um spurningu 2
Spurning:
Útskýrðu og lýstu hvernig samgild tengi myndast í vatnssameindum (H2O).
Umræða:
Vatnssameind er samsett úr tveimur vetnisatómum (H) og einu súrefnisatómi (O). Súrefni hefur sætistöluna 8 og rafeindaskipanina 2, 6. Súrefni þarf tvær rafeindir í viðbót til að mynda áttatóm.
Vetni hefur sætistölu 1 í atómi með rafeindaskipan 1. Vetni þarf eina rafeind til að ná stöðugri skipan eins og helíum.
Í vatnssameind deilir hvert vetnisatóm einni rafeind með súrefni. Súrefni deilir tveimur rafeindum (einni með hverju vetnisatómi), en hvert vetnisatóm deilir einni rafeind með súrefni. Lewis-bygging vatnssameindarinnar er:
\[ \text{O} \vinstri( \text{H} \hægri)_2 \]
Þetta tengi myndar tvö póltengd samgild tengi vegna þess að súrefni er rafneikvæðara en vetni, þannig að það laðar rafeindaparið sterkar að sér.
Málmbréf
Málmtengi myndast milli málmatóma þar sem gildisrafeindir geta hreyfst frjálslega um málmbygginguna og myndað „haf af rafeindum“. Þetta fyrirbæri gefur málmum einstaka eiginleika, svo sem mikla raf- og varmaleiðni, gljáa og sveigjanleika.
Dæmi um spurningu 3
Spurning:
Útskýrðu hvernig málmtengi myndast í kopar (Cu).
Umræða:
Kopar (Cu) er umbreytingarefni með sætistölu 29 og rafeindaskipan [Ar] 3d10 4s1. Í málmtengjum hafa rafeindir frá ysta hvolfinu (gildisrafeindir) samskipti við mörg atóm saman og mynda „haf af rafeindum“ sem umlykur jákvæða kjarna málmjónarinnar.
Í kristalbyggingu koparmálms leggur hvert Cu atóm sitt gildisrafeind til rafeindahafsins. Málmtengið er ekki takmarkað við næstu nágranna sína, heldur dregur það allt málmgrindina saman, sem leiðir til einkennandi eiginleika þess.
Dæmi um samsettar spurningar
Við skulum skoða nokkur dæmi um vandamál sem fela í sér samsetningar mismunandi gerða efnatengja.
Dæmi um spurningu 4
Spurning:
Útskýrðu og jóníska og samgilda myndun magnesíumoxíðs (MgO) og koltvísýrings (CO2) efnasambanda.
Umræða:
Magnesíumoxíð (MgO)
Magnesíum (Mg) er jarðalkalímálmur með sætistölu 12 og rafeindaskipan 2, 8, 2. Mg hefur tilhneigingu til að missa tvær rafeindir til að ná stöðugri eðalgasskipan og verður að Mg2+.
Súrefni (O) með sætistölunúmer 8, rafeindaskipan 2, 6, hefur tilhneigingu til að taka við tveimur rafeindum til að ná stöðugri eðalgasskipan og verður að O2-.
Jónunarviðbrögð:
\[ \text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2 \text{e}^- \]
\[ \text{O} + 2 \text{e}^- \rightarrow \text{O}^{2-} \]
Þetta veldur því að Mg2+ og O2- jónir laðast hvor að annarri með rafstöðuvæðingu og mynda jóníska efnasambandið magnesíumoxíð (MgO).
Koltvísýringur (CO2)
Kolefni (C) með sætistölu 6, rafeindaskipan 2, 4, þarf fjórar rafeindir til að ná áttaskipan.
Súrefni (O) með sætistölu 8, rafeindaskipan 2, 6, þarf tvær rafeindir fyrir áttaeiningu.
Kolefni þarf að deila tveimur rafeindapörum með hvoru súrefnisatómi til að mynda áttaeiningu:
[ \text{O} = \text{C} = \text{O} \]
Lewis-byggingin fyrir CO2 sýnir eitt tvítengi milli kolefnis og hvers súrefnisatóms. Þetta er tvöfalt samgilt tengi sem stöðugar CO2 sameindina. Þar sem súrefni er rafneikvæðara en kolefni, er þetta einnig pólbundið samgilt tengi.
Niðurstaða
Efnatengi eru grundvallaratriði í að byggja upp og skilja ýmsar sameindabyggingar og efnasambönd. Með dæmum og umræðum um jónísk, samgild og málmkennd tengi höfum við séð hvernig mismunandi gerðir tengja myndast og hvernig þau hafa áhrif á eðliseiginleika efna. Þessi skilningur er nauðsynlegur til að beita efnafræðilegum hugtökum í ýmsum fræðigreinum, þar á meðal líffræði, eðlisfræði og öðrum tæknilegum sviðum. Við vonum að þessi grein hafi hjálpað þér að dýpka skilning þinn á efnatengjum!
