3.1: Сполуки, діаграми Льюїса та іонні зв'язки

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18155

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Якщо ми візьмемо два або більше атомів і з'єднаємо їх між собою хімічно так, щоб вони тепер поводилися як єдина речовина, ми створили хімічну сполуку. Ми побачимо, що процес склеювання насправді передбачає або спільне, або чисте перенесення електронів від одного атома до іншого. Два типи зв'язку - ковалентні, для обміну електронів між атомами, і іонні, для чистої передачі електронів між атомами. Ковалентний або іонний зв'язок визначить тип з'єднання, яке буде утворюватися.

У главі 1 ми використовували атомну теорію для опису структури атома фтору. Ми говорили, що нейтральний фтор має дев'ять протонів у своєму ядрі (атомний номер 9), дев'ять електронів, що оточують ядро (щоб зробити його нейтральним), а найпоширеніший ізотоп має десять нейтронів у своєму ядрі, для масового числа 19. Далі ми говорили, що дев'ять електронів існують на двох енергетичних рівнях; перший енергетичний рівень містить два електрони і записується 1 с ². Другий енергетичний рівень містить сім електронів, розподілених як 2 s ² 2 p ⁵. Найвіддаленіший рівень електронів у будь-якому атомі називають валентною оболонкою. Для представницьких елементів (пам'ятайте, сюди входять всі елементи, крім перехідних металів) кількість електронів в валентної оболонці відповідає Груповому номеру елемента в таблиці Менделєєва. Елементи групи 1A матимуть один валентний електрон, елементи групи 6А матимуть шість валентних електронів тощо. Фтор є елементом групи 7А і має сім валентних електронів. Ми можемо показати електронну конфігурацію фтору за допомогою діаграми Льюїса (або електронно-точкової структури), названої на честь американського хіміка Г.Н. Льюїса, який запропонував поняття електронних оболонок і валентних електронів. На діаграмі Льюїса електрони в валентній оболонці показані як маленькі «точки», що оточують атомний символ елемента.

\[\cdot\underset{..}{\overset{..}F}\cdot \nonumber \]

Коли в валентній оболонці присутні більше чотирьох електронів, вони відображаються як пари при написанні діаграми Льюїса (але ніколи не більше пар). Діаграми Льюїса для атомів у другому періоді наведені нижче:

\[\cdot Li\; \; \; \; \cdot Be\: \cdot \; \; \; \; \cdot \overset{.}B\cdot \; \; \; \; \cdot \underset{.}{\overset{.}C}\cdot \nonumber \]

\[\cdot\underset{.}{\overset{..}N}\cdot\; \; \; \; :\underset{.}{\overset{..}O}\cdot\; \; \; \; \cdot\underset{..}{\overset{..}F}\cdot\; \; \; \; :\underset{..}{\overset{..}Ne}: \nonumber \]

Коли ви дивитеся на точкові структури, будь ласка, зрозумійте, що не має ніякої різниці, де ви розміщуєте електрони або електронні пари навколо символу, якщо пари відображаються, коли є чотири або більше валентних електронів.

Якщо ви вивчите діаграму Льюїса для неону (Ne) вище, ви побачите, що валентна оболонка заповнена; тобто в валентній оболонці є вісім електронів. Елементи групи 8А таблиці Менделєєва називаються благородними газами; вони дуже стійкі і зазвичай не поєднуються з іншими елементами для утворення сполук (хоча сьогодні відомо багато сполук, що містять благородні гази). Сучасна теорія склеювання говорить нам, що ця стабільність виникає через те, що валентна оболонка в благородних газах повністю заповнена. Коли валентна оболонка не заповнена, теорія передбачає, що атоми будуть передавати або ділитися електронами з іншими атомами, щоб досягти заповненої валентної оболонки... тобто електронної конфігурації благородних газів. Хімічний зв'язок потім можна розглядати як прагнення атомів придбати (або втратити) достатню кількість електронів, щоб їх валентні оболонки були заповнені, тобто для досягнення «конфігурації благородного газу». Це часто називають «правилом октета»; прагнення елементів отримати вісім електронів у валентній оболонці (за винятком, звичайно, гелію, де конфігурація благородного газу - це два валентні електрони).

Атоми можуть досягти конфігурації благородного газу двома методами; перенесенням електронів від їх валентних оболонок до іншого атома, або шляхом обміну електронів з іншим атомом. Якщо ви вивчите діаграму Льюїса для літію (Li), то побачите, що вона має лише один валентний електрон. Якби літій мав перенести цей електрон іншому атому, він залишився б з двома електронами в 1 с -орбіталі (позначається як 1 с ²). Це та сама електронна конфігурація, що і гелій (He), і тому, втративши цей електрон, літій досяг конфігурації благородного газу. Оскільки електрони несуть негативний заряд, втрата цього електрона залишає літій з єдиним позитивним зарядом. Це катіон літію, і він показаний як Li ⁺.

Повертаючись до фтору (F), для досягнення конфігурації 2 s ² 2 p ⁶ неону (Ne) фтору потрібно отримати один валентний електрон. Оскільки фтор отримав один електрон, він тепер має один негативний заряд. Це аніон фтору, і він показаний як F ^-. Передача електронів з метою досягнення конфігурації благородного газу - це процес, відомий як іонне зв'язування, і це буде більш детально розглянуто далі в цьому розділі.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Натрій і хлор є одночасно елементами третього періоду. Намалюйте діаграми Льюїса для кожного з цих елементів.
Яку кількість електронів хлор повинен отримати, щоб досягти «конфігурації благородного газу»? Якою була б зарядка на хлор?
Яку кількість електронів доведеться втратити Na, щоб отримати благородну газову конфігурацію Ne з вісьмома валентними електронами? Який заряд буде мати Na?