SB

Title goes here 1

11/5/2012 1

KEMIJSKA VEZA

11/5/2012 2

Elektronska teorija valencije• Valencija (lat. valentia = moć, kapacitet)svojstvo atoma nekog elementa da se spaja s atomima drugog ili istog elementa

� Elektronska konfiguracija valentnih ljuski odreduje valentnost atomaelementa (monovalentni, polivalentni i multivalentni elementi)

� "Valentni elektroni" služe za vezivanje atoma

� "Unutarnji elektroni" ne sudjeluju u kemijskoj vezi

� Spajanjem atoma postize se energetski stabilniji sustav , pri tom atomi prelaze u drugacije elektronske konfiguracije stvaranjem:pozitivno i negativno nabijenih iona → ionska vezazajednickog elektronskog para → kovalentna veza

11/5/2012 3

� plemeniti plinovi se ne spajaju s drugim elementima (vidi ksenon (Xe))

� elektronske konfiguracije su odgovorne za reaktivnost

� Lewisova teorija kemijske veze

� ionska� kovalentna� metalna

� nije oštra podjela

pravilo okteta; Lewisove teorije; vrste veza

SB

Title goes here 2

11/5/2012 4

Na + Cl [ ]Na Cl[ ]++

� heteropolarna veza usljed dva suprotna električna pola

� kationi → mala energija ionizacije�

� anioni → velika elektronegativnost

ionska veza

11/5/2012 5

00

)()(

4

1

r

ezezEp

−+ ×⋅=πε

� Elektrostatsko privlačenje između "+" i "-" čestice predstavlja ionsku vezu,

odnosnu vezu koja drži ione zajedno (ionski par) u ionskom spoju.

εo - dielektrična konstanta prostorar0 - udaljenost između jezgri spojenih ionaz+ - nabojni broj pozitivnog iona z- - nabojni broj negativnog ionae - elementarni naboj elektronaΕp - potencijalna energija koja se oslobađa prilikom

nastajanja ionskog para

ionska veza

11/5/2012 6

Energija kristalne rešetke ionskog spojadHreakcije= DH1+DH2+DH3+DH4+DH5= -411 kJ/mol

dH1 - energija isparavanja natrija, 107.32 kJ/mol

dH2 - energija atomiziranja klora, 121.68 kJ/mol

dH3 - energija ionizacije natrija, 496.00 kJ/mol

dH4 - elektronski afinitet klora, -349 kJ/mol

dH5 - nastajanje ionskog para i energija rešetke NaCl(s), -786 kJ/mol

� energija kristalne rešetke - nastajanje 1 mola kristala iz pojedinačnih iona (na beskonačnoj udaljenosti) u plinovitom stanju

SB

Title goes here 3

11/5/2012 7

11/5/2012 8

Svojstva ionskih spojeva

1. veza izmedu iona posve je elektricneprirode

2. ionska veza nije usmjerena u prostoru

3. ionski spojevi su tvrdi s visokim talištemi vrelištem, obicno lako topljivi u vodi

4. ionski spojevi su elektroliti, odnosnovodici drugog reda

11/5/2012 9

H .B... C N O F Ne. .

..

..

......

... .

..

KOVALENTNA VEZA� homopolarna veza ili veza elektronskog para ili

kemijska veza

� Valentni elektroni nekog atoma prikazuju se Lewisovim točkastim simbolima

SB

Title goes here 4

11/5/2012 10

H .B... C N O F Ne. .

..

..

......

... .

..

H + Cl H Cl

P + 3 Cl P ClCl

Cl

CH

H

H

H

11/5/2012 11

Osnovne postavke

� zajednički elektronski par čini jednu kovalentnuvezu (crtica)

� pravilo okteta - struktura plemenitog plina

� oktetna struktura je posljedica, a ne uzrok kemijske veze

� veza nastaje zbog povoljnijeg (nižeg) energetskog stanja

� slobodni elektronski par ne sudjeluje u kemijskoj vezi

11/5/2012 12

usporedba svojstava ionskog i kovalentnog spoja

svojstvo NaCl (ionski spoj) CCl4 (kovalentni spoj)

izgled bijela krutina bezbojna tekućina

talište (oC) 801 -23

vrelište (oC) 1413 76.5

gustoća (g cm-3) 2.17 1.59

topljivost u vodi velika vrlo slaba

električna vodljivost

čvrsto slaba slaba

talina ili otopina dobra slaba

SB

Title goes here 5

Karakteristike veze

� red veze

� duljina i kut veze

� jakost (energija ) veze

Karakteristike veze

� red veze - broj zajedničkih elektronskihparova u molekuli podjeljen s brojematoma vezanih na centralni atom

1 32 3 el para2 atoma na središnji O

= 1.5

Karakteristike veze� duljina veze - udaljenost između jezgri dvaju

atoma koji sudjeluju u vezi (±10%)ovisi o veličini atoma koji sudjeluju u vezi

• kut veze - kut što ga međusobno zatvaraju dvije veze

90o 120o

C – C154 pm

C = C134 pm

C ≡ C121 pm

C – N147 pm

C – O143 pm

C – F141 pm

C – C154 pm

i redu veze

SB

Title goes here 6

Karakteristike veze

� jakost veze - energija koju je potrebnodovesti da bi se veza prekinula

C – C346 kJ/mol

C = C602 kJ/mol

C ≡ C835 kJ/mol

11/5/2012 17

Geometrija molekule

� Lewisove strukture ne odgovaraju na pitanje o gemoetriji molekule

� elektronski parovi u valentnoj ljusci atoma međusobno se odbijaju, štouzrokuje da njihova međusobna udaljenost bude maksimalna

� ovakav pristup naziva se izvorno VSEPR - Valence-Shell Electron-Pair Repulsion model

11/5/2012 18

� najjače se međusobno odbijaju slobodni elektronski parovi;

� zatim slobodni elektronski par i zajednički elektronski par;

� najslabije se međusobno odbijaju zajednički elektronski parovi.

SB

Title goes here 7

A) na centralnom atomu imamo samo zajedničke elektronske parove

Elektronski paroviukupno vezi slobodni

razmještaj elektronskih parova geometrija molekule primjer

B) na centralnom atomu imamo jedan ili više zajedničkih elektronskih parova zajedno s jednim ili višeslobodnih elektronskih parova

11/5/2012 20

� fizikalna i kemijska svojstva, kao što su talište, vrelište, gustoća, vrste reakcija u kojima molekula učestvuje, proizlaze iz geometrije molekule.

� geometrija se ne može uvijek predvidjeti iz Lewisove strukture, duljina veza i kut među njima mora se odrediti eksperimentalno.

11/5/2012 21

� kvantna mehanika - valna priroda elektrona� sila koja međusobno povezuje atome u molekuli

je elektrostatska sila privlačenja između pozitivnog naboja jezgara i negativnog naboja elektrona (jednako kao i u atomu).

� u atomu u odnosu na molekulu ne postoji elektrostatsko obijanje između pozitivno nabijenih jezgara (postoji samo odbijanje elektrona)!

� da bi molekula postojala sile privlačenja moraju prevladavaju nad silama odbijanja ⇒ Energijamolekule manja je od energije razdvojenihatoma

SB

Title goes here 8

11/5/2012 22

� Približavanjem atoma djeluju međusobno jezgre A i B i elektroni e1 i e2 Coulommbovim privlačnim (zeleno) i odbojnim silama (crveno):

a) međusobno privlačenje jezgre A i elektrona e1

b) međusobno privlačenje jezgre A i elektrona e2

c) međusobno privlačenje jezgre B i elektrona e2

d) međusobno privlačenje jezgre B i elektrona e1

e) međusobno odbijanje elektrona e1 i e2

f) međusobno odbijanje jezgara A i B

11/5/2012 23

� Kako se približavanjem atoma smanjuje razmak među jezgrama A i B, zbog međusobnog privlačenja od a) do d), pada energija sustava. Međutim, daljim smanjivanjem razmaka među jezgrama raste energija sustava zbog međusobnih odbijanja pod e) i f).

� Potencijalna energija promatranog sustava ovisna je o tim međudjelovanjima prema izrazu:

11/5/2012 24

minimum krivulje je određen energijom i duljinom veze.

udaljenost

Pot

enci

jaln

a e

nerg

ija

� Za svaku pojedinu udaljenost jezgara moguće je izračunati energiju, valnu funkciju i raspodjelu elektronske gustoće

SB

Title goes here 9

11/5/2012 25

� TVV predpostavlja da elektroni u molekuli zauzimaju atomske orbitale pojedinih atoma u vezi

� pri nastanku veze po jedna valentna orbitala dvaju atoma što stupaju u vezu međusobno se djelomično preklope

� dva elektrona, suprotnog spina, smještaju se u preklopljene orbitale

� elektronski par u preklopljenim orbitalama zove se zajednički elektronskipar jer na njega djeluju obje jezgre čineći vezu

Teorija valentne veze

Pot

enci

jaln

a E

nerg

ija

Teorija valentne veze� Preklapanjem orbitala nastaju lokalizirane

veze među atomima

H1s

H1s

Obje veze suσ veze

σσ

3s 3px 3py 3pz

S

11/5/2012 27

Teorija valentne veze� veza koja nastaje preklapanjem atomskih orbitala duž osi koja

povezuje jezgre atoma zove se σ (sigma) veza

� veza koja nastaje preklapanjem atomskih orbitala tako da se one preklapaju bočno, odnosno iznad i ispod osi koja povezuje jezgreatoma zove se π (pi) veza

SB

Title goes here 10

11/5/2012 28

CH

H

H

H

problem metana

ugljik

� ugljik bi trebao biti dvovalentan

� ugljik 4-valentan + veze su iste energije

� geometrija metana

11/5/2012 29

Teorija valentne veze� Lewisova teorija ne predviđa geometriju (orijentaciju u prostoru)

molekule

� Dvoatomne molekule se mogu prikazati jednostavnim preklapanjem atomskih orbitala

� da se objasne veze u složenim molekulama TVV se koristi pojmom hibridnih orbitala

CH

H

H

H

????

Be

prazne porbitale

sp orbitale

BeCl2 - obje veze su istei pod kutem od 180o

Cl–Be–Cl

linearna molekula, dvije σ veze

Be*

SB

Title goes here 11

B

sp2 orbitale prazna porbitala

F

F FB

trokut u ravnini, tri σ veze

B*

BF3 - sve tri veze su isteduljine i pod kutom od 120o

11/5/2012 32

C

sp3 orbitale

CH4 - svečetiri veze suisteduljine i pod kutem od 109.5o

H

H

H

HC

Tetraedar, četiri σveze

C*

SB

Title goes here 12

11/5/2012 34

11/5/2012 35

� mješanjem ili hibridizacijom teorija valentne veze tumači postojanje energijskiekvivalentnih σ-veza

�sp - hibridizacija 2 energijski iste veze→→→→ pravac

�sp2 - hibridizacija 3 energijski iste veze→→→→ trokut

�sp3 - hibridizacija 4 energijski iste veze→→→→ tetraedar

�sp3d - hibridizacija 5 energijski istih veza →→→→ trigonska bipiramida

�sp3d2 - hibridizacija 6 energijski istih veza →→→→ oktaedar

Hibridizacija atomskih orbitala

11/5/2012 36

•dvostruka veza→ C2H4 eten, jednaπ i jednaσ veza

•trostruka veza→ C2H2 etin, jednaσ i dvije π veze

Višestruka kovalentnaveza

SB

Title goes here 13

C2H4

sp2

sp2

sp2 sp2

sp2

sp2

H2C=CH2

C

C2H2 C

H-C≡C-H

11/5/2012 39

Teorija molekulskih orbitala

� objašnjenje magnetskih svojstava spojeva

� molekulska orbitala opisuje način na koji se elektroni rasprostiru preko svih atoma u molekuli i tako ih vezuju zajedno-sve orbitalesvih atoma sudjeluju u stvaranju kemijske veze

� molekulske orbitale nastaju preklapanjem atomskih or bitala koje imaju sli čnu energiju

� u molekuli se preklapaju sve atomske orbitale

SB

Title goes here 14

11/5/2012 40

vezna σ ΜO

negativno preklapanje

pozitivno preklapanje

molekulske orbitale nastaju preklapanjem atomskih orbitala

protuvezna σ∗ΜO

11/5/2012 41

preklapanje može biti:

pozitivno preklapanje → nastaje vezna MO

+ + ++ σ - veza

+

++

π - veza+

+

negativno preklapanje → nastaje protuvezna MO

++++ σ - veza*

+ +

+

+

+

π - veza*

*

SB

Title goes here 15

nulto preklapanje → nevezna MO

+

+++

+

negativno preklapanje

pozitivno preklapanje vezna π ΜΟ

protuvezna π∗ΜΟ

negativno preklapanje

pozitivno preklapanje vezna σ ΜΟ

protuvezna σ∗ΜΟ

11/5/2012 45

•elektron koji popunjava veznu molekulsku orbitalu ima povećanu vjerojatnost nalaženja u prostoru između dvapovezana atoma (a), a onaj koji popunjava protuveznu je iztog prostora izključen (b)

SB

Title goes here 16

molekula B2