Slajd 1

Cząstki budujące atom

Wielkość cząstek

Właściwości cząstek

Cząstka

Masa, g

Masa, u

Ładunek,

Symbol

Nukleo

proton 1,6726*10

1,00728

+1,602*10

neutro

1,6749*10

1,00867

elektron

0,91096*1

-27

1/1836

-1,602*10

-19

Elektronowa struktura

atomów

• Elektrony o ujemnym ładunku otaczają

dodatnio naładowane jądra.

• Jądro zawiera prawie całą masę atomu,
lecz w porównaniu do całego atomu jest bardzo

małe.

• Elektrony poruszają się jedynie po ściśle

określonych orbitach atomowych zwanych
dozwolonymi lub stacjonarnymi.

• Elektrony znajdujące się na orbicie najbardziej

oddalonej od jądra nazywamy elektronami
walencyjnymi.

Wiązania chemiczne

• Wiązania chemiczne są wynikiem

oddziaływania atomów ze sobą.

• Rodzaj wiązania pomiędzy atomami

zależy od struktury atomu. Jest to
związane z różnym sposobem
uzyskiwania stabilnej elektronowej
konfiguracji zewnętrznej powłoki.

• Atomy dążą do uzyskiwania

konfiguracji gazu szlachetnego.

Wiązanie jonowe

• To elektrostatyczne przyciąganie między

jonami o przeciwnych znakach, np. Na

NaCl. Atomy tworzące wiązanie jonowe

muszą się bardzo różnić elektroujemnością.

Dzięki temu, że elektron przechodzi z
zewnętrznej powłoki Na do Cl powstają

trwalsze

struktury elektronowe- każdy z atomów ma
całkowicie zapełnioną zewnętrzną powłokę.

• Między powstałymi jonami występują
siły elektrostatycznego przyciągania. Kation Na

przyciąga anion Cl- ze wszystkich kierunków
z taką samą siłą. Bezkierunkowy charakter
wiązań jonowych powoduje tworzenie się
struktur krystalicznych.

•

Poszczególne jony dążą do

tego, aby w ich bezpośrednim
sąsiedztwie była możliwie
największa liczba jonów
przeciwnych.

Wiązanie kowalencyjne

(atomowe)

• Powstaje wtedy, gdy dwa atomy mające

niesparowane elektrony stworzą z tych

elektronów wspólną parę elektronową.

Atomy tworzące wiązanie kowalencyjne

muszą mieć podobną, lub taką samą

elektroujemność, np. H-H.

• Uwspólnianie elektronów ma na celu

uzyskanie konfiguracji gazu

szlachetnego, ponieważ jest ona

najtrwalsza.

• Związki węgla, w których występują pojedyncze

wiązania między atomami węgla to związki
nasycone.

• Związki węgla, w których występują wiązania

podwójne lub potrójne to związki nienasycone.

• Związki nienasycone mogą podlegać reakcjom

chemicznym, w wyniku których nowe atomy
wchodzą do cząsteczki, np.C

może tworzyć

polietylen.

• W polietylenie w cząsteczkach polimerycznych

występują mocne wiązania kowalencyjne. Między
sąsiednimi cząsteczkami natomiast słabe wiązania
wtórne. Powodują one, że polimery mają małą
sztywność i wytrzymałość oraz niską temperaturę
topnienia.

• Czyste wiązania kowalencyjne występują

w diamencie, krzemie i germanie. W krzemianach
to dominujący tym wiązań. Występują także
w metalach wysokotopliwych (np. wolfram, molibden,
tantal).
Wiązania te są bardzo mocne, gdyż do ich zerwania
potrzeba bardzo dużo energii, stąd wysokie
temperatury topnienia powyższych pierwiastków.

• Wiązania kowalencyjne wykazują kierunkowość.

Działają w kierunku równoległym do linii łączącej środki
atomów.

Polietylen

Wiązanie kowalencyjne

spolaryzowane

• Powstaje wtedy, gdy dwa atomy mające

niesparowane elektrony stworzą z tych
elektronów wspólną parę elektronową.
Para ta przesunięta jest w stronę bardziej
elektroujemnego atomu.

Mechanizm powstawania
wiązania kowalencyjnego
spolaryzowanego w cząsteczce
chlorowodoru.

H- 2,1
Cl- 3,0

Wiązanie σ

• Wiązania kowalencyjne, koordynacyjne i kowalencyjne

spolaryzowane istnieją dzięki przenikaniu się orbitali.

• Wiązania typu σ powstają na skutek czołowego

przenikania się orbitali.

• Cząstki mające wiązania σ
Mają możliwość obrotu atomu
wokół osi wiązania

Powstawanie wiązania s w
cząsteczce H

(s-s)

Powstawanie wiązania s (s-p i p-p)

Wiązanie π

• Wiązania π tworzą się miedzy orbitalami p. Podczas

tworzenia tego wiązania orbitale p pochodzące od
dwóch różnych atomów, ustawiają się równolegle
do siebie i następuje tzw. Przenikanie boczne.

• Wiązanie π nie pozwala
w cząsteczce na swobodny obrót
atomów wokół osi wiązania.

Wiązania s i p w cząsteczkach etylenu i
acetylenu

Wiązanie metaliczne

• Podczas resublimacji i skraplania metali słabo związane z

jądrem atomu elektrony walencyjne oddzielają się od
atomu. Powstają elektrony swobodne.

• W kryształach metali węzły sieci

krystalicznej są obsadzone przez kationy,
natomiast elektrony poruszają się podobnie jak
cząsteczki w stanie gazowym. Elektrony tworzą
chmurę elektronową.

• Elektrony oraz kationy utrzymują się w obrębie kryształu

dzięki wzajemnym siłą przyciągania.

• Siła wiązania metalicznego zależy od energii przyciągania

pomiędzy kationami i elektronami oraz energii odpychania
między samymi kationami i samymi elektronami.

• Dzięki występowaniu chmury elektronowej metale dobrze

przewodzą prąd elektryczny.

Wiązanie koordynacyjne

• Jest to odmiana wiązania atomowego, w którym wiążącą parę

elektronów dostarcza jeden z atomów.

• Przykład:

Reakcja tworzenia się jonu amonowego z amoniaku i jonu
wodorowego przebiega z utworzeniem wiązania
koordynacyjnego polegającego na tym, że wiążąca czwarty
atom wodoru para elektronowa pochodzi od azotu. Amoniak
zawiera azot posiadający pięć elektronów walencyjnych 2s

Przy pomocy trzech elektronów wiąże kowalentnie trzy atomy
wodoru na cząsteczkę zachowując wolną parę elektronową.
W reakcji z protonem azot wytwarza czwarte
wiązanie za pomocą dwóch elektronów stanowiących
do tej pory wolną parę elektronową.

Oddziaływania

międzycząsteczkowe (wiązania

wtórne)

• To inne niż wiązania chemiczne siły

wiążące atomy i cząsteczki.

• Rozróżniamy oddziaływania:

– Siły van der Waalsa
– Wiązania wodorowe
– Oddziaływania między dipolami

chwilowymi

Siły van der Waalsa

• To słabe oddziaływania międzycząsteczkowe

powstające na skutek oddziaływania
elektrostatycznego pomiędzy różnoimiennymi
ładunkami pochodzącymi z ich asymetrycznego
rozkładu.

• Działają tylko na małych odległościach. Im

cząsteczki są bliżej położone, tym występują
między nimi większe siły van der Waalsa.

• Niepolarne cząsteczki węglowodorów silnie

rozgałęzionych przyciągają się słabiej niż
cząsteczki węglowodorów liniowych. Dlatego
tłuszcze nienasycone są ciekłe, a nasycone stałe.

Wiązanie wodorowe

• Są to wiązania między dipolami trwałymi
• Wiązanie wodorowe występuje pomiędzy

kowalentnie związanym atomem wodoru,
a elektroujemnymi atomami sąsiedniej cząsteczki.

• Przykładem są mostki wodorowe występujące

pomiędzy atomami wody. Para elektronów przesunięta jest w
kierunku tlenu

• Wiązania wodorowe mają duże znaczenie w budowie materii

organicznej. Dwa łańcuchy DNA połączone są mostkami
wodorowymi.

Wpływ występowania wiązania

wodorowego na właściwości

związku

• W wodorkach niemetali, w których nie występują

wiązania wodorowe (grupa IV i VIII) temperatura

wrzenia i topnienia rośnie wraz ze wzrostem

masy cząsteczkowej

• Wodorki pierwiastków grup V, VI, VII zachowują

się inaczej. Dla substancji o małej masie

molowej: H

O, HF, NH

występują bardzo wysokie

temperatury topnienia i wrzenia w porównaniu z

ich cięższymi analogami. Jest to związane z

dodatkową energią potrzebną do rozerwania

wiązań wodorowych podczas uwalniania

cząsteczek w czasie zmiany stanu skupienia.

Temperatura wrzenia wybranych
wodorków i gazów szlachetnych

Porównaj:
H

O i H

HF i HCl
NH

i PH

Wiązania między dipolami

chwilowymi

• Atomy są chwilowymi dipolami, ponieważ

elektrony są w ciągłym ruchu i w danej
chwili środek ładunku dodatniego jądra nie
pokrywa się ze środkiem ładunku
ujemnego elektronów.

• Powstawanie chwilowych dipoli prowadzi

do powstawania sił przyciągania między
nimi. Tego typu siły powodują skraplanie
się gazów szlachetnych.

Bodowa cząsteczki a

właściwości fizykochemiczne

związku

• Materiały, dla których energia wiązania między atomami

jest duża charakteryzują się dużą wytrzymałością i
wysoką temperaturą topnienia.

• Typy wiązań występujących w materiałach inżynierskich:

W materiałach ceramicznych występują wiązania kowalencyjne

spolaryzowane.

Kowalencyjne

Metaliczne

Wtórne

Jonow
e

Ceramika i
szkło

Polimery

Półprzewodniki

Metale

• Wiązania między atomami wywierają duży wpływ

na zdolność materiałów do odkształceń trwałych

(plastycznych). Metale charakteryzują się dużą

plastycznością, gdyż przemieszczanie się w nich

poszczególnych części kryształu względem siebie

odbywa się bez większych zaburzeń struktury

krystalicznej.

• Plastyczność materiałów o wiązaniach jonowych

jest mniejsza niż metali. Na przykład przy

przemieszczaniu jednej części kryształu względem

drugiej powstaje bardzo wysokoenergetyczna

konfiguracja, gdy kationy znajdą się nad kationami,

a aniony nad anionami.

• Przemieszczanie się poszczególnych części

kryształu względem siebie w kryształach o

wiązaniach kowalencyjnych powoduje zrywanie

istniejących wiązań i powstawanie nowych. Ze

względu na kierunkowość wiązań kowalencyjnych

materiały z tymi wiązaniami są zawsze kruche

(mało plastyczne).

• Materiały o wiązaniach jonowych mają

małą przewodność elektryczną, gdyż

ładunki elektryczne są w nich przenoszone

dzięki przemieszczaniu się jonów, które ze

względu na wielkość nie przemieszczają

się tak łatwo jak jony tworzące chmurę

elektronową w metalach.

• Materiały o wiązaniach kowalencyjnych

także cechuje mała przewodność

elektryczna, ponieważ by elektrony mogły

się w nich przemieszczać i przenosić

ładunki elektryczne, muszą zostać

zerwane wiązania kowalencyjne, do czego

niezbędna jest wysoka temperatura lub

bardzo wysokie napięcie.

Literatura

• http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/che

mia/a_e_chemia/index_start.htm

• Marek Blicharski „Wstęp do inżynierii

materiałowej” Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, 2001 r.

• Stanisława Hejwowska „Vademecum Matura

2009” Operon, 2008 r.

• http://www.chemia.dami.pl/wyzsza/rozdzial_V/wi

azania3.htm

• http://commons.wikimedia.org/wiki/File:NaCl-

Obtenci%C3%B3n-2.svg

• http://lc.brooklyn.cuny.edu/smarttutor/core3_21/

nature.html

Document Outline