Część II

Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii
dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego
Inżynieria Środowiska
w ramach projektu „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość”
Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Wiązania chemiczne
Reguła helowca – reagujące ze sobą atomy starają się uzupełnić lub zredukować zewnętrzną
powłokę elektronową, by uzyskać konfigurację walencyjną helowca położonego najbliżej
w układzie okresowym.
Konfigurację helowca atomy mogą uzyskać poprzez wytworzenie wiązania:
1. kowalencyjnego – gdy łączą się atomy o niezbyt dużej różnicy elektroujemności
(niemetal z niemetalem),
- następuje uwspólnienie elektronów pomiędzy dwoma atomami w ten sposób, że:

wspólne pary elektronowe powstają z elektronów niesparowanych pochodzących od
obydwu atomów,
wiązanie atomowe (atomy posiadają taką samą elektroujemność lub pomiędzy
atomami pierwiastków, które różnią się wartością elektroujemności (zdolnością do
przyciągania elektronów) nie więcej niż 0,4) np.:
wiązanie atomowe spolaryzowane – wiązanie wytwarza się pomiędzy atomami
pochodzącymi od różnych pierwiastków a różnica elektroujemności jest mniejsza
niż 1,7 wg skali Paulinga) np.:
Cząsteczki takie mogą być dipolami (np. HCl) – następuje polaryzacja wiązania, a wspólne
pary elektronowe nie należą w jednakowym stopniu do obydwu atomów lecz są bardziej
przesunięte w stronę atomu o większej elektroujemności. Atom ten zyskuje cząstkowy
ładunek ujemny (δ-), natomiast atom o niższej wartości elektroujemności zyskuje cząstkowy
ładunek dodatni (δ+).

wspólne pary elektronowe pochodzą od jednego z atomów zwanego donorem. Drugi
atom zwany akceptorem, uzupełnia własną powłokę walencyjną elektronami donora w ten sposób powstaje wiązanie koordynacyjne (donorowo-akceptorowe) np.:
+
H
H N
.
.
H
H
+ H+
H N
H
H
Dla zaznaczenia, od którego atomu pochodzi para elektronowa, wiązanie to jest zapisywane
strzałką od donora do akceptora.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Donorami elektronów mogą być atomy lub jony posiadające wolne pary elektronowe (np. N,
S, O, F-, Cl-, Br-, I-, OH-, CN, CO). Akceptorami są zwykle jony wodorowe oraz atomy
mające wolne orbitale (np. metale przejściowe -pierwiastki bloku d, itp).
2. jonowego – powstającego wówczas, gdy reagują pierwiastki znacznie różniące się
elektroujemnością (przynajmniej o 1,7 wg skali Paulinga), najczęściej niemetale
z metalami.
- następuje przeniesienie elektronów z atomu elektrododatniego na elektroujemny,
a wytworzone różnoimienne jony przyciągają się elektrostatycznie, np.:
+
..
.S .
..
Ca2+
+
..
S
..
2-
..
..
.
.Ca
3. metalicznego – gdy łączą się atomy metali o niewielkiej różnicy elektroujemności.
- następuje oderwanie elektronów od atomów, które stają się kationami tworzącymi sieć
krystaliczną, w obrębie której poruszają się swobodne elektrony. Elektrony tworzą tzw.
chmurę elektronową lub gaz elektronowy, w którym zanurzone są zręby atomowe metalu,
tworząc wiązanie metaliczne. Uporządkowany ruch gazu elektronowego związany jest
z przepływem prądu elektrycznego.
Wiązanie wodorowe tzw. mostek wodorowy
Powstaje gdy:
1) atom wodoru związany jest z atomem pierwiastka o znacznej elektroujemności
wiązaniem silnie spolaryzowanym, w efekcie czego atom wodoru uzyskuje cząstkowy
ładunek dodatni np. H-F,
2) następuje słabe oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy atomem wodoru
a należącym najczęściej do innej cząsteczki atomem silnie elektroujemnym
dysponującym wolną parą elektronową (Y) np. X-H------Y
Wpływ rodzaju wiązania chemicznego na właściwości substancji.
 Substancje mające wiązanie kowalencyjne:
W stanie stałym tworzą kryształy cząsteczkowe (np. S8) lub kowalencyjne (np.
diament, krzem). Na ogół nie przewodzą prądu elektrycznego i nie dysocjują na jony.
Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych (np. benzyna) a słabo w polarnych
(np. woda). Kryształy cząsteczkowe mają niską temperaturę topnienia a kryształy
kowalencyjne topią się w wysokich temperaturach. W tlenkach wiązanie kowalencyjne
wpływa na ich kwasowy lub obojętny charakter: im większy jest udział wiązania
kowalencyjnego, tym bardziej kwasowy charakter tlenku.
 Substancje posiadające wiązania jonowe:
Związki o charakterze jonowym są krystaliczne, mają wysokie temperatury topnienia
i dobrze rozpuszczają się w wodzie. Kryształy jonowe nie przewodzą prądu
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
elektrycznego, ale stopione i rozpuszczone w wodzie sole są dobrymi przewodnikami
elektrycznymi. Im większy jest udział charakteru jonowego wiązania w tlenku czy
wodorotlenku, tym bardziej wykazuje on zasadowy charakter.
 Substancje o wiązaniach metalicznych:
Charakteryzują się połyskiem i bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym
i elektrycznym. Są kowalne, ciągliwe i przeważnie nie roztwarzają się w wodzie (chociaż
np. sód reaguje gwałtownie z wodą). W reakcjach chemicznych reagują z różną
aktywnością.
Zadania:
1. Przedstaw mechanizm powstawania wiązania jonowego w cząsteczkach związków
chemicznych: bromek sodu, chlorek glinu, tlenek potasu. Zapisz konfigurację
elektronową jonów, które występują w sieci krystalicznej. Podaj nazwę gazu
szlachetnego, którego konfigurację elektronową uzyskują te jony.
2. Przedstaw mechanizm powstawania wiązania kowalencyjnego w cząsteczkach: tlenu,
wodoru i bromu (elektrony walencyjne zaznacz kropkami).
3. Przedstaw mechanizm tworzenia wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego
w niżej podanych cząsteczkach związków chemicznych. Określ różnicę
elektroujemności pierwiastków tworzących te związki:
a) HBr
b) NH3
c) H2O
4. W którą stronę będzie przesunięta wspólna para elektronowa w podanych
cząsteczkach związków chemicznych?
a) CH4
b) NH3
c) SiH4
d) H2O
5. W podanych cząsteczkach związków chemicznych wskaż donor i akceptor pary
elektronowej:
a) kwas azotowy(V)
b) tlenek siarki(IV)
c) kwas chlorowy(VII)
6. Określ rodzaj wiązania chemicznego w następujących związkach:
H2S, O2, K2S, CCl4, Na2O, MgO, CO2, LiCl
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
7. Z grupy tlenków pierwiastków 3. okresu wybierz dwa o przeciwnym charakterze
chemicznym i przedstaw ich wzory elektronowe oraz wzory elektronowe produktów
reakcji tych tlenków z wodą.
8. Podaj przykłady występowania w środowisku substancji chemicznych posiadających
wiązania wodorowe.
Projekt „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość” jest współfinansowany
przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego