Kovalentní vazba. Metoda valentních vazeb

TÉMA 5. Kovalentní vazba. Metoda vazby valenčních elektronů.
Úloha 1. Pro hydrosulfát sodný vytvořte grafickou strukturu a uveďte druhy chemických vazeb v molekule: iontová, kovalentní, polární, kovalentní nepolární, koordinační, kovová, vodíková.
Řešení: NaHSO4-

Vazba O – Na – iontová
Vazba O – S – kovalentní polární
Vazba O – H – kovalentní polární

Úloha 2. Vytvořte grafickou strukturu nitritu amonného a uveďte druhy chemických vazeb v této molekule. Ukažte, jaké vazby „praskají“ při disociaci. Vysvětlete, co je vodíková vazba? Uveďte příklady jejího vlivu na vlastnosti látek.

N – H – kovalentní-polární vazba
Mezi NH4+ a NO2- – iontová vazba
Vodíkové vazby. Tento typ vazby vzniká ve sloučeninách, kde je atom vodíku navázán na atomy s vysokou elektronegativitou (N, O, F). Vytvořené sloučeniny mají vysokou polaritu, vzniká dipól, ve kterém je atom vodíku na kladném konci. Tento dipól může interagovat s nepárovým elektronovým párem kyslíku (a také dusíku nebo fluoru), který patří jiné nebo téže molekule. Taková interakce je označována jako vodíková vazba.
Vodíková vazba může být:

• mezimolekulární, například u molekuly vody (H2O), amoniaku (NH3), fluorovodíkové kyseliny (HF)

• intramolekulární, například u bílkovin, 2-hydroxybenzaldehydu.
  Podle změny molekulárních hmotností v řadách:
  H2O – H2S – H2Se – H2Te
  HF – HCl – HBr – HI
  NH3 – AsH3 – SbH3
  teplota varu by měla postupně růst, avšak pozorujeme abnormálně vysoké teploty varu pro vodu (H2O), amoniak (NH3), fluorovodíkovou kyselinu (HF), které jsou vysvětleny přítomností vodíkových vazeb.
  Nejpevnější vazba by měla být u fluorovodíkové kyseliny (HF) (F je nejvíce elektronegativní prvek), ale voda vře při vyšší teplotě, protože má dvě vodíkové vazby.

Úloha 3. Uveďte druhy chemických vazeb v následujících molekulách: CH3Br, CaO, I2, NH4Cl. Jaké jsou hlavní vlastnosti těchto typů vazeb?
Řešení.
CH3Br – kovalentní vazba. Kovalentní vazba vzniká mezi atomy s podobnými nebo rovnými hodnotami elektronegativity. Tato vazba může být považována za elektrostatickou přitažlivost jader dvou atomů k sdílenému elektronovému páru. Na rozdíl od iontových sloučenin jsou molekuly kovalentních sloučenin drženy pohromadě prostřednictvím „mezimolekulárních sil“, které jsou mnohem slabší než chemické vazby. Kvůli tomu je kovalentní vazba nasycená – vytváří omezený počet vazeb.
Je známo, že atomové orbitaly jsou orientovány v prostoru specifickým způsobem, takže při tvorbě vazby dochází k překrytí elektronových obalů v konkrétním směru. Tedy kovalentní vazba je směrová.
CaO – iontová vazba.
Samostatné atomy některého prvku se budou snažit dosáhnout stabilní osmi-elektronové struktury ztrátou nebo získáním elektronů. Atomy, které získají elektrony, mají záporný náboj a nazývají se anionty, atomy, které elektron ztratí, mají kladný náboj a nazývají se kationty. Když se anionty setkají s kationty, vytvoří chemickou vazbu, která se nazývá iontová vazba, a sloučenina je iontová. Iontové sloučeniny vznikají, když se spojují atomy s velkým rozdílem v elektronegativitě (více než 2,1).
Iontové sloučeniny mají často podobné vlastnosti. Snaží se vytvářet skupiny, které se dále spojují do větších struktur, jako LinClm. Tato uspořádání se nazývají krystaly. Důvodem je, že iontovým sloučeninám není charakteristická směrovost a nasycení.
I2 – Kovalentní nepolární vazba.

Úloha 4. Jaká vazba se nazývá σ- a která π-vazba? Která z nich je méně pevná? Zobrazte struktury ethan C2H6, etylen C2H4 a acetylen C2H2. Uveďte σ- a π-vazby na strukturních schématech uhlovodíků.
Řešení:
Překrývání oblaků může probíhat různými způsoby kvůli jejich rozdílným tvarům. Rozlišujeme σ-, π- a δ-vazby.

Úloha 5. Jaké síly mezimolekulárních interakcí se nazývají dipól-dipólové (orientační), indukční a disperzní? Vysvětlete povahu těchto sil. Jaká je povaha převládajících sil mezimolekulárních interakcí u každé z následujících látek: H2O, HBr, Ar, N2, NH3?
Řešení:
Mezi molekulami může vznikat elektrostatická interakce. Nejpoužívanější je disperzní interakce, protože je způsobena interakcí molekul mezi sebou díky jejich okamžitým mikrodipólům. Jejich současný vznik a zánik v různých molekulách přispívá k jejich přitahování. Při absenci synchronizace se molekuly odpuzují.
Orientace interakce vzniká mezi polárními molekulami. Čím vyšší polarita molekuly, tím silnější je jejich vzájemná přitažlivost a tím větší je orientační interakce.