Коваленттік байланыстарды талқылайтын мысал сұрақтар
Пендахулуан
Коваленттік байланыс - бұл екі атомның тұрақты электрон конфигурациясына жету үшін жұп немесе одан да көп электронды ортақ пайдаланатын химиялық байланыстың бір түрі, мысалы, асыл газдардағыдай. Бұл байланыс әдетте салыстырмалы түрде жоғары электртерістігі бар және айтарлықтай ерекшеленбейтін металл емес атомдар арасында пайда болады. Коваленттік байланыстың түзілуі органикалық және бейорганикалық химияда маңызды рөл атқарады және біз күн сайын кездесетін көптеген қосылыстардың негізі болып табылады. Бұл мақалада біз коваленттік байланыстарға қатысты бірнеше мысалдарды талқылаймыз және оларды жақсы түсінуге көмектесетін шешімдер ұсынамыз.
Үлгі сұрақтар және талқылау
1-сұрақ
H2O (су) молекуласында түзілген коваленттік байланыстың түрі мен санын анықтаңыз.
Талқылау:
Су молекуласы бір оттегі атомынан (O) және екі сутегі атомынан (H) тұрады.
1. Электрондық конфигурация:
– Оттегі: 1s² 2s² 2p⁴ (барлығы 8 электрон)
– Сутегі: 1s¹ (барлығы 1 электрон)
Оттегіге октет конфигурациясына жету үшін тағы екі электрон қажет (оның сыртқы қабатында 8 электрон), ал әрбір сутегі атомына дуплет конфигурациясына жету үшін бір электрон қажет (K қабатында 2 электрон).
2. Коваленттік байланыстың түзілуі:
– Әрбір сутегі атомы оттегі атомымен бір электронды бөліседі.
– Оттегі екі сутегі атомымен екі электронды бөліседі, әр атом үшін бір электрон.
Осылайша, H2O молекуласында екі коваленттік байланыс түзіледі, біреуі сәйкесінше оттегі атомы мен сутегі атомы арасында.
2-сұрақ
Метан молекуласының (CH₄) Льюис құрылымын жазыңыз.
Талқылау:
Метан бір көміртек атомынан (C) және төрт сутегі атомынан (H) тұрады.
1. Электрондық конфигурация:
– Көміртек: 1s² 2s² 2p² (барлығы 6 электрон)
– Сутегі: 1s¹ (барлығы 1 электрон)
Көміртектің төрт валенттік электроны бар (2s² 2p²) және октетке жету үшін тағы төрт электрон қажет.
2. Коваленттік байланыстың түзілуі:
– Әрбір сутегі атомы көміртек атомымен бір электронды бөліседі.
– Көміртек төрт сутегі атомымен төрт электронды бөліседі, әр атомға бір электроннан.
Метанның Льюис құрылымы келесідей:
««
H
|
H – C – H
|
H
««
Көміртек орталықта орналасқан, оның төрт сутегі атомымен төрт бір коваленттік байланысы бар.
3-сұрақ
Көмірқышқыл газының (CO₂) Льюис құрылымын және молекулалық пішінін анықтаңыз.
Талқылау:
Көмірқышқыл газы бір көміртек атомынан (C) және екі оттегі атомынан (O) тұрады.
1. Электрондық конфигурация:
– Көміртек: 1s² 2s² 2p² (барлығы 6 электрон)
– Оттегі: 1s² 2s² 2p⁴ (барлығы 8 электрон)
Көміртектің төрт валентті электроны бар, ал әрбір оттегі атомында алты электрон бар. Көміртектің бір октет үшін тағы төрт электрон қажет, ал әрбір оттегі атомында тағы екі электрон қажет.
2. Коваленттік байланыстың түзілуі:
– Көміртек әрбір оттегі атомымен екі электронды бөліседі.
– Көміртек пен оттегі арасында екі қос коваленттік байланыс түзіледі.
CO₂ үшін Льюис құрылымы келесідей:
««
O = C = O
««
Молекулалық пішіні сызықты, байланыс бұрышы 180°.
4-сұрақ
Валенттілік электрондарының жалпы санын есептеңіз және аммиак молекуласы (NH₃) үшін Льюис құрылымын салыңыз.
Талқылау:
Аммиак бір азот атомынан (N) және үш сутегі атомынан (H) тұрады.
1. Электрондық конфигурация:
– Азот: 1с² 2с² 2п³ (барлығы 7 электрон)
– Сутегі: 1s¹ (барлығы 1 электрон)
Азоттың бес валентті электроны бар, сондықтан бір октет үшін тағы үш электрон қажет.
2. Валенттілік электрондарының жалпы саны:
– Азот: 5 валентті электрон.
– Сутегі (3 атом): 3 электрон (әр атомға 1 электрон).
Жалпы валенттілік электрондары = 5 + 3 = 8 валенттілік электрондары.
3. Коваленттік байланыстың түзілуі:
– Азот әрбір сутегі атомымен бір электронды бөліседі.
NH₃ үшін Льюис құрылымы:
««
H
|
H – N – H
|
««
Ал азотта бос электрондар жұбы (жалғыз жұп) бар.
5-сұрақ
Нитрат ионының (NO₃⁻) Льюис құрылымын сызып, түсіндіріңіз.
Талқылау:
Нитрат ионы - бір азоттан (N) және үш оттегіден (O) тұратын және теріс заряды бар көп атомды қосылыс.
1. Электрондық конфигурация:
– Азот: 1с² 2с² 2п³ (барлығы 7 электрон)
– Оттегі: 1s² 2s² 2p⁴ (барлығы 8 электрон)
Азоттың бес валенттілік электроны бар, ал әрбір оттегінің алты валенттілік электроны бар.
2. Валенттілік электрондарының жалпы саны:
– Азот: 5 электрон.
– Оттегі (3 атом): 18 электрон (әр атомға 6 электрон).
– Теріс иондарға байланысты қосымша: 1 электрон.
Жалпы валенттілік электрондары = 5 + 18 + 1 = 24 валенттілік электрондары.
3. Коваленттік байланыстардың түзілуі және Льюис құрылымдарын дайындау:
– Азот оттегі атомдарының бірімен қос байланыс, ал қалған екі оттегі атомымен жеке байланыс түзеді.
– Жалғыз байланысы бар екі оттегі атомы арасындағы теріс зарядтың біркелкі таралуы резонансты қамтиды.
NO₃⁻ үшін Льюис құрылымы:
««
O
/
ҚОСУЛЫ=O
««
Бірақ электронды делокализацияны сипаттау үшін резонанс белгісін қосу керек.
Қорытынды
Коваленттік байланыс химиядағы негізгі ұғым болып табылады, онда атомдар тұрақтылыққа жету үшін электрондарды бөліседі. Льюис құрылымдарын қалай салу керектігін, валенттік электрондарды санауды және молекулалық пішіндерді қалай анықтау керектігін түсіну химиялық процестерді тереңірек түсіну үшін маңызды дағдылар болып табылады. Жоғарыдағы мысалдар арқылы оқырмандар коваленттік байланыстың пайда болуы мен сипаттамаларын жақсырақ түсінеді деп үміттенеміз.
