VY_32_INOVACE_2_1_7 Ing.Jan Voříšek

 Jak jsme si řekli v úvodu do organické chemie, uhlík dokáže tvořit jak jednoduché, tak i velmi složité chemické sloučeniny.  Proč to tak je? Díky čemu tvoří uhlík dlouhé a stabilní řetězce?  Nápověda: zkuste použít pro vysvětlení znalosti z prvního ročníku, kde jsme probírali elektronegativitu a typy vazeb u anorganických sloučenin.

 Důvody, proč to tak je, jsou tři: 1. Vysoká energie vazby mezi atomy uhlíku, která je 348 kJ.mol -1. U ostatních prvků je řádově poloviční. Pouze bor se přibližuje s 331 kJ.mol -1 a ten dokáže tvořit též řadu podobných sloučenin jako uhlík. 2. Dalším důvodem je elektronegativita uhlíku. Hodnota 2,5 leží přibližně v polovině všech hodnot periodické tabulky. Cesium má 0,7 a fluor má 4,0. 3. Stabilita sloučenin uhlíku je dána také tím, že uhlíkové atomy vázané ve sloučeninách nemají volné elektronové páry ani orbitaly.

 Z prvního ročníku víme, že snahou prvků ve sloučeninách je získat ve valenční vrstvě konfiguraci vzácného plynu.  Jak se budou tedy chovat alkalické kovy a halogeny?  Alkalické kovy získávají tuto konfiguraci ztrátou jednoho valenčního elektronu za vzniku kationtu. Naopak halogeny získávají tuto konfiguraci přijetím jednoho elektronu za vzniku aniontu. Výsledné ionty jsou ve sloučeninách vzájemně poutány silnými elektrostatickými přitažlivými silami tzv. iontovou vazbou.

 Jak ale tvoří vazby prvky, které leží u středu periodické tabulky? Uhlík, bor, křemík apod.?  Ukážeme si to na příkladu methanu, uhlovodíku, který se skládá z jednoho atomu uhlíku a čtyř atomů vodíku.  Vazby nejsou určitě iontové, protože pro uhlík s elektronovou konfigurací 1s 2 2s 2 2p 2 by bylo velmi obtížné jak získat čtyři elektrony nebo čtyři ztratit, aby získal konfiguraci vzácného plynu.  Ve skutečnosti se uhlík váže k ostatním atomům sdílením elektronů. Tyto vazby navrhl již v roce 1916 Američan Lewis a nazývají se kovalentní vazby.

 Pro vyjádření kovalentních vazeb používáme Lewisovi neboli elektronové vzorce, ve kterých jsou valenční elektrony atomu znázorněny tečkami. Vodík má tedy jednu tečku, znázorňující jeho jeden elektron 1s. Uhlík má čtyři tečky : 2s 2 2p 2, kyslík má šest teček: 2s 2 2p 4 atd.  Vodík: Uhlík: Kyslík:

 Stabilní molekula vzniká dosažením konfigurace vzácného plynu u všech atomů molekuly. methan: voda: amoniak:

 Počet kovalentních vazeb, které atom vytváří, závisí na počtu jeho valenčních elektronů a počtu dalších elektronů, které potřebuje k dosažení konfigurace vzácného plynu.  Uhlík má čtyři valenční elektrony a tvoří čtyři kovalentní vazby. Dusík má pět valenčních elektronů a tvoří tři kovalentní vazby. Kyslík má šest valenčních elektronů a tvoří dvě kovalentní vazby.  Uhlík: Dusík: Kyslík:

 Valenční elektrony, které se pro tvorbu vazeb nevyužijí, se nazývají nevazebné elektrony nebo volné elektronové páry.  Například atom kyslíku v molekule vody sdílí čtyři valenční elektrony ve dvou kovalentních vazbách a zbývající čtyři elektrony má ve dvou volných elektronových párech. voda:

 Lewisovy vzorce jsou velmi užitečné, protože ukazují, kolik elektronů se zúčastní vazeb. Pro praktické znázornění je jednodušší používat tzv. Kekulého vzorce, ve kterých je dvouelektronová kovalentní vazba znázorněna jako čára spojující atomy. Páry nevazebných valenčních elektronů se nevyznačují. voda: methan:

 Zkuste sami vytvořit Kekulého vzorce pro: amoniak: sulfan:

 Počet vazeb, jimiž se atom určitého prvku do molekuly zapojuje, není náhodný, ale vyplývá z jeho elektronové struktury. Každý prvek má tedy svou charakteristickou vaznost:  Uhlík je čtyřvazný  Dusík je trojvazný  Kyslík a síra jsou dvojvazné  Vodík a halogeny jsou jednovazné

 Zdroj informací:  McMURRY, John. Organická chemie. Vydání první. Vydalo Vysoké učení technické v Brně – nakl. VUTIUM, Brno, Počet stran ISBN (VUT v Brně).  VACÍK, Jiří. Přehled středoškolské chemie. Třetí doplněné vydání. Vydalo SPN-pedagogické nakladatelství, a.s., Praha, Počet stran 368. ISBN  HONZA, Jaroslav, MAREČEK, Aleš. Chemie pro čtyřletá gymnázia. 2.díl. Druhé přepracované vydání. Vydalo Nakladatelství Olomouc, Počet stran 232. ISBN  Vzorce byly vytvořeny pomocí free programu ChemSketch a PowerPoint-2007.

 Téma sady: Úvodní studium organické chemie  Vzdělávací oblast: Člověk a příroda  Vzdělávací obor:Chemie  Tematický okruh:Organická chemie   Autor: Ing. Jan Voříšek  Rok vytvoření materiálu: 2012  Název materiálu: Vazby a vaznost.  Jazyk:čeština  Očekávaný výstup:Žák dokáže vysvětlit, proč mají jednotlivé atomy svojí charakteristickou vaznost.  Klíčová slova: organická chemie, vazba, vaznost, uhlík, elektronový vzorec, kovalentní vazba.  Druh učebního materiálu:prezentace s aktivizací žáka  Cílová skupina:žák  Stupeň a typ vzdělávání:gymnaziální vzdělávání  Typická věková skupina: let   Pokyny pro práci s materiálem: Prezentace je využitelná jako výklad učiva na dané téma. V materiálu jsou začleněny otázky, které aktivizují žáky a umožňují žákům zamyšlení nad jednotlivými body tématu.