Primeri vprašanj o kovalentnih vezi
Uvod
Kovalentna vez je vrsta kemijske vezi, pri kateri si dva atoma delita par ali več elektronov, da dosežeta stabilno elektronsko konfiguracijo, na primer v žlahtnih plinih. Ta vez se običajno pojavi med atomi nekovin, ki imajo relativno visoko elektronegativnost in se bistveno ne razlikujejo. Nastanek kovalentne vezi igra ključno vlogo tako v organski kot v anorganski kemiji in je temelj mnogih spojin, s katerimi se srečujemo vsak dan. V tem članku bomo obravnavali več primerov, ki vključujejo kovalentne vezi, in ponudili rešitve, ki nam bodo pomagale bolje razumeti te vezi.
Vzorčna vprašanja in razprava
Vprašanje 1
Določite vrsto in število kovalentnih vezi, ki nastanejo v molekuli H2O (vode).
Razprava:
Molekula vode je sestavljena iz enega atoma kisika (O) in dveh atomov vodika (H).
1. Elektronska konfiguracija:
– Kisik: 1s² 2s² 2p⁴ (skupaj 8 elektronov)
– Vodik: 1s¹ (skupaj 1 elektron)
Kisik potrebuje dva dodatna elektrona, da doseže oktetno konfiguracijo (8 elektronov v svoji najbolj zunanji lupini), medtem ko vsak atom vodika potrebuje en elektron, da doseže dupletno konfiguracijo (2 elektrona v lupini K).
2. Nastanek kovalentnih vezi:
– Vsak atom vodika si deli en elektron z atomom kisika.
– Kisik si deli dva elektrona z dvema atomoma vodika, enega za vsak atom.
Tako se v molekuli H2O tvorita dve kovalentni vezi, ena med atomom kisika in ena med atomom vodika.
Vprašanje 2
Zapišite Lewisovo strukturo molekule metana (CH₄).
Razprava:
Metan je sestavljen iz enega atoma ogljika (C) in štirih atomov vodika (H).
1. Elektronska konfiguracija:
– Ogljik: 1s² 2s² 2p² (skupaj 6 elektronov)
– Vodik: 1s¹ (skupaj 1 elektron)
Ogljik ima štiri valenčne elektrone (2s² 2p²) in potrebuje še štiri elektrone, da doseže oktet.
2. Nastanek kovalentnih vezi:
– Vsak atom vodika si deli en elektron z atomom ogljika.
– Ogljik si deli štiri elektrone s štirimi atomi vodika, po enega za vsak atom.
Lewisova struktura metana je naslednja:
""
H
|
H – C – H
|
H
""
Ogljik je v središču s štirimi enojnimi kovalentnimi vezmi s štirimi atomi vodika.
Vprašanje 3
Določite Lewisovo strukturo in molekularno obliko ogljikovega dioksida (CO₂).
Razprava:
Ogljikov dioksid je sestavljen iz enega atoma ogljika (C) in dveh atomov kisika (O).
1. Elektronska konfiguracija:
– Ogljik: 1s² 2s² 2p² (skupaj 6 elektronov)
– Kisik: 1s² 2s² 2p⁴ (skupaj 8 elektronov)
Ogljik ima štiri valenčne elektrone, medtem ko jih ima vsak atom kisika šest. Ogljik potrebuje za oktet štiri dodatne elektrone, medtem ko vsak atom kisika potrebuje dva dodatna.
2. Nastanek kovalentnih vezi:
– Ogljik si deli dva elektrona z vsakim atomom kisika.
– Med ogljikom in vsakim kisikom se tvorita dve dvojni kovalentni vezi.
Lewisova struktura za CO₂ je naslednja:
""
O = C = O
""
Molekula ima linearno obliko z veznim kotom 180°.
Vprašanje 4
Izračunajte skupno število valentnih elektronov in narišite Lewisovo strukturo za molekulo amonijaka (NH₃).
Razprava:
Amonijak je sestavljen iz enega atoma dušika (N) in treh atomov vodika (H).
1. Elektronska konfiguracija:
– Dušik: 1s² 2s² 2p³ (skupaj 7 elektronov)
– Vodik: 1s¹ (skupaj 1 elektron)
Dušik ima pet valentnih elektronov, za oktet pa potrebuje še tri elektrone.
2. Skupno število valentnih elektronov:
– Dušik: 5 valentnih elektronov.
– Vodik (3 atomi): 3 elektroni (1 elektron na atom).
Skupno število valentnih elektronov = 5 + 3 = 8 valentnih elektronov.
3. Nastanek kovalentnih vezi:
– Dušik si deli en elektron z vsakim atomom vodika.
Lewisova struktura za NH₃ je:
""
H
|
H – N – H
|
""
In par prostih elektronov (posamezen par) je v dušiku.
Vprašanje 5
Nariši in razloži Lewisovo strukturo nitratnega iona (NO₃⁻).
Razprava:
Nitratni ion je poliatomska spojina z enim dušikom (N) in tremi kisikovimi atomi (O) ter negativnim nabojem.
1. Elektronska konfiguracija:
– Dušik: 1s² 2s² 2p³ (skupaj 7 elektronov)
– Kisik: 1s² 2s² 2p⁴ (skupaj 8 elektronov)
Dušik ima pet valentnih elektronov, medtem ko ima vsak kisik šest valentnih elektronov.
2. Skupno število valentnih elektronov:
– Dušik: 5 elektronov.
– Kisik (3 atomi): 18 elektronov (6 elektronov na atom).
– Dodaten zaradi negativnih ionov: 1 elektron.
Skupno število valentnih elektronov = 5 + 18 + 1 = 24 valentnih elektronov.
3. Nastanek kovalentnih vezi in priprava Lewisovih struktur:
– Dušik tvori dvojno vez z enim od atomov kisika in enojno vez z drugima dvema atomoma kisika.
– Enakomerna porazdelitev negativnega naboja med dvema atomoma kisika z enojnima vezma vključuje resonanco.
Lewisova struktura za NO₃⁻ je:
""
O
/
VKLOP=O
""
Za opis delokalizacije elektronov pa je treba dodati resonančni predznak.
Zaključek
Kovalentna vez je temeljni koncept v kemiji, kjer si atomi delijo elektrone za doseganje stabilnosti. Razumevanje risanja Lewisovih struktur, štetja valentnih elektronov in določanja molekularnih oblik so bistvene veščine za globlje razumevanje kemijskih procesov. Z zgornjimi primeri upamo, da bodo bralci bolje razumeli nastanek in značilnosti kovalentnih vezi.
