EU peníze středním školám Název vzdělávacího materiálu: Chemická vazba I. část – podmínky vzniku vazby Číslo vzdělávacího materiálu: ICT9/3 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název sady vzdělávacích materiálů: Anorganická a obecná chemie Autor: Jakub Siegl Datum vytvoření: Garant (kontrola): Mgr. Šárka Kirchnerová Ročník: vyšší gymnázium, zejména 1. ročník čtyřletého gymnázia (kvinta) Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemie Téma: Výukový materiál – chemická vazba Metodika/anotace: Powerpointová prezentace slouží jako výukový materiál pro třídu kvinty a jako opakování k maturitě z chemie. Jejím úkolem je názorně objasnit vznik a význam chemické vazby. Časový rozvrh: 40 min Gymnázium Františka Křižíka a základní škola, s.r.o.

Chemická vazba chemickou vazbou rozumíme spojení dvou atomů prostřednictvím valenčních elektronů → vznikají molekuly – s tímto souvisí hned několik otázek: 1.Co to jsou valenční elektrony a jaký je jejich postavení v atomu? 2.Proč některé atomy mají snahu vytvářet vazbu a jiné ne? 3.Existují podmínky, které podmiňují vznik vazby? 4.Co je to vaznost a lze ji ovlivňovat? 5.Existuje více typů vazeb?

Co to jsou valenční elektrony a jaký je jejich postavení v atomu? Valenční elektrony jsou ty elektrony, které se vyskytují v poslední, nejvzdálenější vrstvě od jádra (výjimku tvoří d a f prvky, které mají valenční elektrony také v předposlední – orbital d, potažmo před předposlední vrstvě – orbital f). Obecně tuto vrstvu nazýváme „valenční“ a elektrony v ní tedy nesou její jméno. Valenční elektrony jsou tudíž ty elektrony, které mají v atomu nejvyšší energii, podobně jako celá valenční vrstva. Každý prvek v základním stavu obsahuje jiný počet valenčních elektronů – specifická vlastnost prvku vycházející z jeho protonového čísla Význam valenčních elektronů je dán jejich účastí na chemické vazbě. Žádné jiné elektrony se chemické vazby neúčastní! Počet valenčních elektronů u nepřechodných (A prvků) udává i číslo skupiny v periodické tabulce prvků, u přechodných toto platí jen u části z nich (III. – VIII. B). Tabulka

Proč některé atomy mají snahu vytvářet vazbu a jiné ne? Snaha realizovat vazbu je dána výslednou součinností několika faktorů. I.hlavním faktorem je samotný počet valenčních orbitalů II.maximální teoretický počet valenčních elektronů ve slupce III.velikost atomu IV.náboj atomu Jestliže počet valenčních elektronů atomu prvku neodpovídá maximálnímu teoretickému počtu ve valenční vrstvě, což je znak největší stability, logicky se jedná o atom nestabilní. Jak moc nestabilní prvek je, vychází z počtu elektronů, které buďto chybějí do maximálního počtu (pravá část tabulky) nebo naopak přebývají (levá část tabulky) – př.: chloru chybí jeden elektron, síře dva, fosforu tři do konfigurace Ar apod. – naopak draslík má o jeden elektron více, než „by se hodilo“, u vápníku je to o dva atd. Tabulka

Proč některé atomy mají snahu vytvářet vazbu a jiné ne? Je zřejmé, že ty prvky, které se blíží ideální stabilní konfiguraci (zcela zaplněné valenční vrstvě) ať z té či oné strany, mají oproti jiným větší tendenci reagovat. Dá se říci, že se tato potřeba reagovat přímo úměrně snižuje od VII.A skupiny doleva a od I.A doprava. – vezměte si příklad: U okénka bylo řečeno, že lístky na film již došly. Kdo bude mít největší vztek? Pán, na kterém je řada nebo vy, který(-á) stojíte o pět míst dále ve frontě? Na reaktivitě a tedy schopnosti tvořit vazbu se dále významně projevuje velikost atomu. – Představme si, že máme dva magnety. Nejvíce se přitahují, držíme-li je u sebe. Ve větší vzdálenosti od sebe již přitažlivé síly nejsou tak silné. Podobně tomu je i u kladně nabitého jádra a valenčních (záporně nabitých) elektronů – valenční elektrony je obtížnější poutat u prvků majících více energetických vrstev a opačně – v rámci skupin v periodické tabulce se směrem dolů zvětšuje velikost atomu a tudíž i schopnost poutat valenční elektrony Tabulka

Proč některé atomy mají snahu vytvářet vazbu a jiné ne? Výsledným ukazatelem snahy reagovat vyplývající z počtu valenčních elektronů a velikosti atomu je ELEKTRONEGATIVITA PRVKU. Elektronegativita je vlastnost prvkově specifická a udává schopnost atomu poutat (přitahovat) elektrony chemické vazby. Elektronegativita ve vztahu k výše řečenému stoupá směrem doprava a nahoru v tabulce prvků → nejvyšší elektronegativitu má fluor, naopak nejnižší francium ležící vlevo dole v tabulce – někdy používáme pojem elektropozitivita Tabulka

Existují podmínky, které podmiňují vznik vazby? Podmínky samozřejmě existují – vazba nemůže vzniknout jen tak, z ničeho nic: 1.atomy se k sobě musí přiblížit natolik, aby došlo k překryvu jejich valenčních vrstev 2.atomy musí mít dostatečnou kinetickou energii, která jim umožní překonat vzájemné odpudivé síly 3.atomy musí mít správnou prostorovou orientaci, aby bylo možné utvořit vazebný elektronový pár 4.Při vzniku chemické vazby dochází ke změnám v potenciálních a kinetických energiích elektronů. Důležitou podmínkou vzniku vazby je, aby nová soustava měla nižší vnitřní energii než je součet energií původně zúčastněných částic – tedy větší stabilitu Délka vzniklé vazby odpovídá právě této stabilitě. Vzdálenost vázaných atomů musí odpovídat nejnižší možné potenciální energii. Pokud by se atomy přiblížily ještě více, začaly by se projevovat odpudivé síly nevázaných elektronů obou atomů a potenciální energie by prudce stoupala

Existují podmínky, které podmiňují vznik vazby?

Co je to vaznost a lze ji ovlivňovat? Vaznost (prvkově specifická) – udává kolik vazeb je schopen atom daného prvku realizovat – vycházíme ze základního vztahu, tj. stavu, který vychází ze standardních podmínek, tedy postavení prvku v tabulce – lze ji však u některých prvků ovlivnit pomocí excitaceexcitace Atom má možnost realizovat vazby až trojího (u přechodných prvku čtverného a u f prvků dokonce paterného) typu – násobnost vazby: 1.jednoduchá – vazba sigma (σ) – vzniká na spojnici jader vázaných atomů 2.dvojná – vazba σ a π (pí ) - vazba π vzniká mimo spojnici jader 3.trojná – vazba σ a 2π Obr. 2:

Existuje více typů vazeb? Samozřejmě, ale na to odpoví až další prezentace!

Excitace elektronu excitací rozumíme vybuzení elektronu z energeticky chudší vrstvy do vrstvy bohatší – toto vybuzení musí být samozřejmě energeticky dotované – působení záření, teplotou, výbojem … samovolné excitace nejsou běžné – setkáváme se s nimi zejména u skupiny chromu a mědi, kde je pro prvek energeticky výhodnější přesunout ze zcela zaplněného orbitalu s elektron, který doplní stav v orbitalu d do počtu deseti (Cu, Ag, Au) či pěti (Cr, Mo, W) – i z půli zaplněný orbital d přináší větší stabilitu než plný orbital s: – 29 Cu: [ 18 Ar] 4s 2 3d 9 → 4s 1 3d 10 – 29 Cr: [ 18 Ar] 4s 2 3d 4 → 4s 1 3d 5 Excitovaný stav poznáme podle označení A *(**,***) dle stupně excitace klasickou excitací získáváme další vazná místa (výjimku tvoří O a F – u kterých nelze využít d orbital, jelikož zkrátka neexistuje): – základní stav: 32 S: [ 10 Ne] 2s 2 2p 4 - dvouvazná – excitovaný stav: 32 S * : [ 10 Ne] 3s 2 3p 3 3d 1 - čtyřvazná – druhý excitovaný stav: 32 S ** : [ 10 Ne] 3s 1 3p 3 3d 2 – šestivazná Zpět Tabulka

Zdroje: (k ) Obr. 1: Obr. 2:

Obr. 1: Zpět