Príklady otázok týkajúcich sa kovalentných väzieb
Pendahuluan
Kovalentná väzba je typ chemickej väzby, v ktorej dva atómy zdieľajú pár alebo viac elektrónov, aby dosiahli stabilnú elektrónovú konfiguráciu, ako napríklad vo vzácnych plynoch. Táto väzba sa zvyčajne vyskytuje medzi atómami nekovov, ktoré majú relatívne vysoké elektronegativity a výrazne sa nelíšia. Tvorba kovalentných väzieb hrá kľúčovú úlohu v organickej aj anorganickej chémii a je základom mnohých zlúčenín, s ktorými sa stretávame každý deň. V tomto článku si rozoberieme niekoľko príkladov zahŕňajúcich kovalentné väzby a poskytneme riešenia, ktoré nám pomôžu lepšie ich pochopiť.
Vzorové otázky a diskusia
Otázka 1
Určte typ a počet kovalentných väzieb vytvorených v molekule H2O (vody).
Diskusia:
Molekula vody sa skladá z jedného atómu kyslíka (O) a dvoch atómov vodíka (H).
1. Elektrónová konfigurácia:
– Kyslík: 1s² 2s² 2p⁴ (celkom 8 elektrónov)
– Vodík: 1s¹ (celkom 1 elektrón)
Kyslík potrebuje o dva elektróny viac na dosiahnutie oktetovej konfigurácie (8 elektrónov v jeho najvzdialenejšom obale), zatiaľ čo každý atóm vodíka potrebuje jeden elektrón na dosiahnutie dupletovej konfigurácie (2 elektróny v K obale).
2. Vznik kovalentných väzieb:
– Každý atóm vodíka zdieľa jeden elektrón s atómom kyslíka.
– Kyslík zdieľa dva elektróny s dvoma atómami vodíka, jeden pre každý atóm.
V molekule H2O sa teda vytvoria dve kovalentné väzby, jedna medzi atómom kyslíka a jedna medzi atómom vodíka.
Otázka 2
Napíšte Lewisovu štruktúru molekuly metánu (CH₄).
Diskusia:
Metán sa skladá z jedného atómu uhlíka (C) a štyroch atómov vodíka (H).
1. Elektrónová konfigurácia:
– Uhlík: 1s² 2s² 2p² (celkom 6 elektrónov)
– Vodík: 1s¹ (celkom 1 elektrón)
Uhlík má štyri valenčné elektróny (2s² 2p²) a na dosiahnutie oktetu potrebuje ďalšie štyri elektróny.
2. Vznik kovalentných väzieb:
– Každý atóm vodíka zdieľa jeden elektrón s atómom uhlíka.
– Uhlík zdieľa štyri elektróny so štyrmi atómami vodíka, jeden pre každý atóm.
Lewisova štruktúra metánu je nasledovná:
"`
H
|
H – C – H
|
H
"`
Uhlík je v strede so štyrmi jednoduchými kovalentnými väzbami so štyrmi atómami vodíka.
Otázka 3
Určte Lewisovu štruktúru a molekulárny tvar oxidu uhličitého (CO₂).
Diskusia:
Oxid uhličitý sa skladá z jedného atómu uhlíka (C) a dvoch atómov kyslíka (O).
1. Elektrónová konfigurácia:
– Uhlík: 1s² 2s² 2p² (celkom 6 elektrónov)
– Kyslík: 1s² 2s² 2p⁴ (celkom 8 elektrónov)
Uhlík má štyri valenčné elektróny, zatiaľ čo každý atóm kyslíka má šesť. Uhlík potrebuje o štyri elektróny viac na oktet, zatiaľ čo každý atóm kyslíka potrebuje o dva viac.
2. Vznik kovalentných väzieb:
– Uhlík zdieľa dva elektróny s každým atómom kyslíka.
– Medzi uhlíkom a každým kyslíkom sa tvoria dve dvojité kovalentné väzby.
Lewisova štruktúra pre CO₂ je nasledovná:
"`
O = C = O
"`
Molekulárny tvar je lineárny s väzbovým uhlom 180°.
Otázka 4
Vypočítajte celkový počet valenčných elektrónov a nakreslite Lewisovu štruktúru molekuly amoniaku (NH₃).
Diskusia:
Amoniak sa skladá z jedného atómu dusíka (N) a troch atómov vodíka (H).
1. Elektrónová konfigurácia:
– Dusík: 1s² 2s² 2p³ (spolu 7 elektrónov)
– Vodík: 1s¹ (celkom 1 elektrón)
Dusík má päť valenčných elektrónov, na oktet potrebuje o tri elektróny viac.
2. Celkový počet valenčných elektrónov:
– Dusík: 5 valenčných elektrónov.
– Vodík (3 atómy): 3 elektróny (1 elektrón na atóm).
Celkový počet valenčných elektrónov = 5 + 3 = 8 valenčných elektrónov.
3. Vznik kovalentných väzieb:
– Dusík zdieľa jeden elektrón s každým atómom vodíka.
Lewisova štruktúra pre NH₃ je:
"`
H
|
H – N – H
|
"`
A pár voľných elektrónov (osamelený pár) je v dusíku.
Otázka 5
Nakreslite a vysvetlite Lewisovu štruktúru dusičnanového iónu (NO₃⁻).
Diskusia:
Dusičnanový ión je polyatomická zlúčenina s jedným dusíkom (N) a tromi kyslíkmi (O) a záporným nábojom.
1. Elektrónová konfigurácia:
– Dusík: 1s² 2s² 2p³ (spolu 7 elektrónov)
– Kyslík: 1s² 2s² 2p⁴ (celkom 8 elektrónov)
Dusík má päť valenčných elektrónov, zatiaľ čo každý kyslík má šesť valenčných elektrónov.
2. Celkový počet valenčných elektrónov:
– Dusík: 5 elektrónov.
– Kyslík (3 atómy): 18 elektrónov (6 elektrónov na atóm).
– Navyše kvôli negatívnym iónom: 1 elektrón.
Celkový počet valenčných elektrónov = 5 + 18 + 1 = 24 valenčných elektrónov.
3. Vznik kovalentných väzieb a príprava Lewisových štruktúr:
– Dusík tvorí dvojitú väzbu s jedným z atómov kyslíka a jednoduchú väzbu s ďalšími dvoma atómami kyslíka.
– Rovnomerné rozloženie záporného náboja medzi dvoma atómami kyslíka s jednoduchými väzbami zahŕňa rezonanciu.
Lewisova štruktúra pre NO₃⁻ je:
"`
O
/
ZAP=O
"`
Na opis delokalizácie elektrónov je však potrebné pridať rezonančné znamienko.
Záver
Kovalentná väzba je základný koncept v chémii, kde atómy zdieľajú elektróny, aby dosiahli stabilitu. Pochopenie toho, ako nakresliť Lewisove štruktúry, počítať valenčné elektróny a určiť tvary molekúl, sú nevyhnutné zručnosti pre hlbšie pochopenie chemických procesov. Dúfame, že prostredníctvom vyššie uvedených príkladov čitatelia získajú lepšie pochopenie vzniku a vlastností kovalentných väzieb.
