Hemijske veze, molekuli i kristali - 4 (HIBRIDIZACIJA)

Geometrijski oblik molekula - hibridizacija

Prema teoriji i metodi valentne veze geometrijski oblik molekula, pa time i usmerenost valenci u prostoru posledica je preklapanja atomskih orbitala koje je utoliko povoljnije ukoliko može dostići maksimalnu vrednost.

₆C  1s²2s²2p⁶

sp³ hibridizacija

U sp3 hibridizaciju uključena je jedna s i tri p-orbitale istog atoma. Kao rezultat hibridizacije nastaju četiri sp3 hibridizovane orbitale.

Četiri sp³ hibridizovane orbitale imaju oblik nepravilne izdužene osmice, usmerene širim delom ka rogljevima pravilnog tetraedra. Raspoređene su pod uglom od 109,5o.
H₂O - 104,5^o
NH_{3  -}  107^o

H₂O 

H₂O –

sp² hibridizacija 

U hibridizaciju je uključena jedna s i dve p-orbitale istog atoma, dok jedna p-orbitala ostaje nehibridizovana. nastaju tri sp2 hibridizovane orbitale koje se nalaze pod uglom od 120o dok je nehibridizovana p-orbitala postavljena normalno u onosu na njih.

sp hibridizacija

U hibridizaciju je uključena jedna s i jedna p-orbitala, dok dve p-orbitale ostaju nehibridizovane. Kao rezultat hibridizacije nastaju dve sp hibridizovane orbitale, koje se nalaze pod uglom od 180o, Dve nehibridizovane p-orbitale su postavljene normalno u odnosu na hibridizovane orbitale i međusobno. Nastaju jedna sigma i dve pi-veze.

Mali pregled situacije :)

Hemijske veze, molekuli i kristali - 3

Jonska veza

Jonsku vezu grade atomi metala i nemetala.

                            ili

Jonska veza se uspostavlja između elemenata koji se nalaze na levoj strani PSE (alkalni i zemnoalkalni metali)     i elemenata iz gornjih delova desne strane PSE (halogeni elementi).

Atomi na levoj strani PSE imaju najnižu energiju jonizacije, a atomi elemenata na desnoj strani PSE imaju najveći afinitet prema elektronu..

Prečnik pozitivnih jona opada a negativnih raste u odnosu na neutralne atome, tako rastu i privlačne sile.

Jonska jedninjenja se u kristalnoj rešetci nalaze u obliku jona a ne molekula.

Svojstva: čvrste kristalne supstance, rastvorljive u vodi ako im je kristalna rešetka nestabilna ( NaOH, Ca(OH)₂ ). Imaju visoke tačke topljenja, rastopi i rastvori provode struju.

Vodonična veza  

Javlja se između molekula koji sadrže vodonik vezan za atom velike elektronegativnosti: O, F, N. Obeležava se isprekidanim crticama. Znatno je slabija od jonske i kovalentne veze.

Vodonična veza koju grade N i O u nukleinskim kiselinama omogućava nastajanje i funkcionisanje najsloženijih jedinjenja (makromolekula) - nosilaca života.

Primeri: H₂O, R-COOH, R-OH, NH₃, R-NH₂, HF, H₂F₂

Metalna veza

Privlačne veze između jona metala i slobodnih elektrona u kristalnoj rešetci metala. Jačina metalne veze zavisi od broja elektrona koji je grade i gustine  pakovanja kristalne rešetke. Manifestuje se preko tačke topljenja: Tt (Cs) = 28,9^oC

Tt (W) = 3460^oC

Van der Valsove privlačne sile

Vrlo slabe privlačne sile između polarnih i nepolarnih molekula. Manje utiču na tačku ključanja od vodonične veze.Tačka ključanja opada sa većom molarnom masom.

Hemijska veza, molekuli i kristali - 2

Dipolni momenat

Elektronski dipolni momenat: u_v = q * l,  u_m = ∑ * u_v

Polarnost višeatomnih molekula zavisi od njihvog oblika: 

      1. linearan - nepolaran molekul - CO₂, CS_2, CCl₄

      2. savijen - polaran molekul - SO₂, H₂O

      3. pirimidalan - SO₃, NH₃

Polaran molekul

Nepolaran molekul

Polarnost molekula

Do polarizacije veze dolazi kada se zajednički elektronski par nalazi u sveri atoma koji ima veći afinitet prema elektronu i jače ga ptivlači.

Polarnost se može odrediti i na osnovu ∆ χ vezanih atoma (elektronegativnost -χ- na osnovu PSE):

     1.  ∆ χ = 0 - nepolarna kovalentna veza

     2.  0 < ∆ χ < 1,7 - polarna kovalentna veza

     3.  ∆ χ > 1,7 - jonska veza

Kristalni sistemi

U čvrtom stanju kovalentna jedinjenja grade molekulske kristalne rešetke.

Materijalne ( kristalne) sisteme možemo klasifikovati u nekoliko grupa:

   1. molekulski kristali - led, čvrsti CO2, čvrti HCl, beli fosfor;

   2. atomski kristali - Si, dijamant, crveni fosfor;

   3. jonski kristali - NaCl, ZnCl2, NaNO3;

   4. metalni kristali - Au, Ag, Cu, Zn, Fe;

Neke supstance u čvrstom stanju nemaju kristalne strukture, već predstavljaju takozvane amforne supstance (amforni sumpor, amgorni ugljenik, proteini nerastvorni u vodi, staklo, razne vrste smola itd.).

Od svih kristalnih sistema najstabilniji su jonski sistemi zbog veoma jakih jonskih (elektrostatičkih) privlačnih sila. Od molekulskih kristala su stabilniji oni koji grade polarne supstance.

Izgradnja kristala

Kristali imaju određeni geometrijski oblik, poput geometrijskih tela čije su ravni pod tačno datim uglom. Ovaj ugao je karakterističan za određenu vrstu kristala. Spoljašnji geometrijski oblik kristala uslovljen je unutrašnjom strukturom - pravilnim rasporedom strukturnih jedinica koje mogu biti joni, atomi ili molekuli. Najmanji deo kristala se zove elementarna ćelija kristala.Povezivanjem elementarnih ćelija kristal "raste" i najstaje kristalna (prostrana) rešetka.

Hemijska veza, molekuli i kristali - 1

Elektronska teorija valence

Atomi većine elemenata teže da se međusobno povežu, tj. sjedine. Spajanjem atoma iste vrste nastaju molekuli elemenata, a spajanjem atoma različite vrste nastaju molekuli jedinjenja. Svojstvo atoma da se međusobno sjedinjavaju nazivamo valencom.

Prema elektronskoj teoriji valence veza između atoma uspostavlja se pomoću elektrona iz poslednjeg energetskog nivoa (orbitale) koji mogu potpuno preći sa jednog atoma na drugi (jonska veza) ili se dva atoma povezuju preko zajedničkog elektronskog para (kovalentna veza).

Atomi se jedine da bi stekli stabilnu konfiguraciju, tj. minimum energije.

Kovalentna veza

Kovalentnu vezu grade atomi nemetala, metaloidi i Be (berilijum).

Prema Luisovoj teoriji veza se uspostavlja preko zajedničkog elektronskog para i na taj način oba atoma ostvaruju konfiguraciju plemenitog gasa:

Prema teoriji valentne veze kovalentna veza nastaje preklapanjem orbitala u kojima se nalazi nesparen elektron:   1)   jednostruka                                dvostruka                                      trostruka

                      H₂, Cl₂, HCl                              O₂, CO₂, SO₂                                               N₂, -CN

                2)   sigma veza (σ)                            pi veza (π)

                      nastaje direktnim                        nastaje bočnim .

                      preklapanjem svih                      preklapanjem p-orbitala,

                      orbitala, jača je od pi veze.         višestruka je.

sigma veza

pi veza

              

               3)  polarna                                        nepolarna

                     χ (A) > χ (B)                                χ (A) = χ (B)

                     H₂O, HCl                        H₂, Cl₂, O₂, N₂, P₄, S₈, CH₄, PH₃

Paulingova skala: χ = od 0,7 (Fr) do 4,0 (F)

                           χ – raste u periodi, opada u grupi.

Koordinativno-kovalentna veza

Nastaje tako što jedan atom daje oba elektrona za zajednički elektronski par:

Primeri: kalijum-cijanoferat, amonijum-hlorid, amonijum-hidroksid, amonijak.

Svojstva kovalentnih jedinjenja: sva tri agregatna stanja, niske tačke topljenja i ključanja, rastvori polarnih supstanci povode struju, polarni se rastvaraju u vodi (kiseline, kisleli oksidi, amonijak):

Međumolekulske sile-veze

Veze između molekula slabije su od kovalentne veze. Zbog njihovog postojanja kovalentne veze se javljaju u sva tri agregatna stanja i imaju više tačke ključanja i topljenja od očekivanih.

Atomska struktura materije - ZADACI

1. Neutralan atom nekog elementa u omotaču sadrži 19 elektrona. Izračunati maseni broj ovog atoma , ako je broj protona u jezgru za 1 manji od broja neutrona.
2. U kom od navedenih nizova su elementi poređani po rastućim vrednostima energije jonizacije:
                     a) Ne, O, N, B, Li.
                     b) N, B, Na, Ne, O.
                     c) Li, B, N, O, Ne.
3. Napiši elektronsku konfiguraciju elementa sa rednim brojem:
                     a) 47
                     b)19
4.U kojoj grupi i u kojoj period se nalazi element sa rednim brojem:
                     a)12
                     b)27
                     c)33
5. U kom od navedenih nizova se nalaze samo oni elementi koji imaju niske vrednosti za energiju jonizacije?
                     a) K, P, Mg, Ca, Ag.
                     b) F, Cl, B, I, O.
                     c) Li, K, Mg, Ca, Ba.
6. U kom od navedenih nizova se nalaze samo oni elementi koji imaju veliki elektronski afinitet?
                     a) Na, Ca, Cl, Mn, I
                     b) F, Cl, O, S, I
                     c) O, S, N, B, K.
7. Koji od elementa sa datom elektronskom konfiguracijom ima najjače izražena svojstva nemetala?
                     a) 1s²2s¹
                     b)1s²2s²2p⁵
                     c)1s²2s²2p⁶
8. Kojoj atomskoj orbitali odgovaraju vrednosti glavnog kvantnog broja n=1 i orbitalnog kvantnog broja l=0?
9. U kom od navedenih nizova su elementi poređani po opadajućim vrednostima energije jonizacije?
                    a) Ne, O, N, B, Li.
                    b) O, Ne, Li, N,B.
                    c) N, B, Na, Ne, O.
10. Elektronska konfiguracija jona nekog elementa koji ima naelektrisanje -2 je: Broj protona u jezgru ovog jona je:
11. U kome se od navedenih nizova elemenata nalaze samo nemetali:
                   a) I, Mn, Fe, As, O
                   b) As, Be, Mn, Bi, Cs.
                   c) Br, C, P, S, I
12. Ako je redni broj elementa 20 popunjene su:
                   a) 1s, 2s, 2p, 3s i popunjava se 3d orbitala
                   b) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s orbitale
                   c) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s orbitale.
13. Koji od navedenih elemenata ima najveći afinitet prema elektronu?
                   a) Al        b) Mg
                   c) Cl        d) Na
14. Ako element Y ima atomski broj 50 i maseni broj 121 onda ima ___ protona i ___ neutrona.


Zadaci su iz zbirke za Medicinski fakultet u Beogradu, za Medicinski fakultet u Novom Sadu i neki moji izmišljeni :)

Rešenja:
1. 39
2. c)
3. a) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

    b) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s¹4d¹⁰
4. a) 3. perioda, IIa grupa (Ca)
    b) 4. perioda, VIIIb grupa (Co)
    c) 4. perioda, Va grupa (As)
5. c)
6. b)
7. b)
8. 1s-orbitali
9. a)
10. 16
11. c)
12. b)
13. c)
14. 50 protona, 71 neutron
                   
Ako treba postupak nekog zadatka, samo recite :)
Srećno! :))

Atomska struktura materije 3

Energija jonizacije

-Ei-

Energija jonizacije se odnosi na proces otpuštanja elektrona.

Može biti više energija jonizacije. Druga Ei je jača od prve, treća je jača od druge itd.

Energija jonizacije raste u periodi a opada u grupi.

Molarna veličina: Ei,m = Ei * Na (kJ/mol)
Pravilo: manja Ei znači da lakše dolazi do otpuštanja elektrona. Najlakše otpuštaju elektrone elementi Ia i IIa grupe.
Odstupanja kod energije jonizacije: 

Afinitet prema elektronu

-Ea-

Afinitet prema elektronu se odnosi na proces primanja elektrona:

Ea raste u periodi, a opada u grupi:

Molarna veličina: Ea,m = Ea * Na (kJ/mol)

Pravilo: veći afinitet prema elektronu znači da dolazi do lakšeg vezivanja elektrona. Najlakše primaju elektrone elementi iz VIa i VIIa grupe.

Odstupanja kod Ea:

Atomska struktura materije 2

Elektronski omotač

Elektronski omotač opisan je sa četiri kvantna broja:

1. glavni kvantni broj (n = 1,2,3,...,7) - određuje(pokazuje) energetske nivoe (K, L, M, N, O, P, Q).
2. sporedni kvantni broj ( l = 0,1,2,...,n-1) - određuje podnivoe (s, p, d, f) u osnovnom energetskom nivou. Naziva se još i azimutalni ili orbitalni kvantni broj.
3. magnetni (orbitalni) kvantni broj ( m = od -l do +l ) - određuje koliko ima orbitala (broj orbitala - 1s, 2s...) u podnivoima (s, p, d, f).
4. spinski kvantni broj ( s = +1/2, -1/2) - odnosi se na njegovu sopstvenu rotaciju oko sopstvene ose

Orbitala je prostor u kom se nalazi elektron.

Popunjavanje orbitala:

Paulijev princip zabrane - dva elektrona ne mogu imati istu vrednost za sva četiri kvantna broja. Iz ovoga sledi da u jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona i oni moraju biti različitih spinova.

Hundovo pravilo - tek nakon što se potpuno popuni s-orbitala sa po dva elektrona antiparalelnog spina započinje popunjavanje p-orbitala. Njihovo popunjavanje se vrši principom polupopunjavanja (najpre se svaka orbitala - px, py, pz - popuni sa po jednim elektronom, tek nakon toga orbitale se popunjavaju i sa drugim elektronom antiparalelnog spina). Ovaj princip važi i za popunjavanje d-orbitala.

baš je umetnički :) hahahah :) :)

Redosled popunjavanja orbitala: 

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰7p⁶6f¹⁴7d¹⁰7f¹⁴

ne morate da napamet učite koji redom idu konfiguracije, samo zapamtite ovu sličicu i pratite strelice :)

Primeri:

₁₁Na  1s²2s²2p⁶3s¹

₁₇Cl  1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

₃₀Zn  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰

Izuzeci: polupopunjene (nd⁵) i popunjene (nd¹⁰) d-orbitale su energetski stabilne, pa ukoliko im do tog stanja nedostaje jedan elektron dolazi do njegovog prelaska iz pune s-orbitale (VIb, Ib grupa).

Konfiguracije pokazuju:

1. periodu - prema najvišem nivou
2. grupu - prema broju valentnih elektrona
3. hemijska svojstva
4. raspored valentnih elektrona
5. Z = ∑ e- (sumu/zbir elektrona)
   
   
   

Valentnost - sposobnost atoma da za sebe veže određen broj atoma vodonika (odgovara broju nesparenih elektrona).

Oksidacioni broj - stvaran ili zamišljen broj primljenih ili otpušenih elektrona.

Periodni sistem elemenata

1869. godina

Dmitrij Ivanovič Mendeljejev

Zavisno od toga da li se popunjavanje orbitala završava sa s, p ili d-orbitalama, razlikujemo s-elemente, p-elemente i d-elemente.
Podela elementata:

1. metali (s, d, deo p, f)
2. metaloidi (deo p)
3. nemetali (deo p)
4. plemeniti gasovi (VIIIa grupa/ 0 grupa)

Ia grupa - alkalni metali

IIa grupa - zemnoalkalni metali

VIIa grupa - halogenidi (F, Cl, I, Br)

Mala pomoć/napomena za korišćenje bloga :)

Prvo ću da počnem sa objavljivanjem opšte hemije (posle na red dolaze neorganska i organska hemija). Obavljujem lekcije po kjnizi koja je preporučena za spremanje opšte hemije za prijemni ispit ( Opšta hemija za I razred srednje škole - M. rakočević i R. Horvat, Zavod) + dodajem neke stvari koje nisu iz knjige, a ja smatram da su važne i korisne. Na kraju svake oblasti (poglavlja) ću dodavati zadatke sa uputstvom kako doći do rešenja :) I zadatke iz tih oblasti koji su bili na prijemnom ove (2012.) i prošle godine (2011.)

Pored knjige za učenje, treba vam i neka zbirka sa zadacima. Uglavnom svi preporučuju zbirku zadataka za prijemni iz hemije za Medicinski fakultet u Beogradu. Imam primer viška, pa ako neko želi mogu da pošaljem :) Javite se na e-mail: farmaceutskemuke@gmail.com Ali i svaka druga zbirka će vam dobro doći (svaki fakultet ima svoju). Poenta je samo u vežbanju, vežbanju, vežbanju i veeežbaaanjuuu dok vam sve ne bude kristalno jasno :) A i posle toga opet samo vežbajteee :) :) Dok hemija ne počne da vam teče kroz vene. Hahahahaha :) :) :)

Ako budem imala još koju bistru ideju za pomoć, naravno da ću dodati. :)
I to bi valjda bilo to. Za sada. 3:)
S.

Atomska struktura materije

Agregatna stanja materije

Atomi su osnovne strukturne jedinice materije.  To su najmanje čestice hemijskog elementa koje mogu učestvovati u različitim kombinacijama međusobnog povezivanja pri hemijskim reakcijama. Jednoj atomskoj vrsti odgvara tačno jedan hemijski element.

Kada se po dva ili više atoma iste ili različitih vrsta međusobno povežu (hemijskim putem) onda nastaju nove čestice koje se nazivaju molekuli. Kada su atomi iste vrste sjedinjeni nastaju molekuli elementa, a u suprotnom molekuli jedinjenja.

U zavisnosti od uslova (kohezione sile, pritisak i temperatura) supstance u prrodi mogu postojati u tri osnovna agregatna stanja materije: u gasovitom, tečnom i čvrstom. Prelaz supstance iz jednog u drugo agregatno stanje praćen je povećanjem ili smanjenjem rastojanja među molekulima, ali se priroda supstanci ne menja.

Gasovito agregatno stanje (g) materije se odlikuje haotičnim kretanjem molekula sa velikim brzinama uz mnoštvo međusobnih sudara. Privlačne sile među molekulima daleko su slabije nego u tečnom i čvrstom agregatnom stanju. Haotično kretanje je razlog što gasovite supstance nemaju stalan oblik i zapeminu, vać zauzimaju oblik suda u kom se nalaze.

Tečno agregatno stanje (l) nastaje ili kondenzovanjem gasovitih supstanci ili topljenjem čvrstih supstanci. I molekuli tečnosti se haotično kreću ali u daleko manjem stepenu nego što je to slučaj sa gasovima. Tečnosti imaju stalnu zapreminu.

Čvrsto agregatno stanje (s) karakteriše se stalnim oblikom i stalnom zapreminom tela koja su izgrađena od jedne ili više različitih supstanci. Čestice (molekuli, atomi i joni) koje izgrađuju čvrsto agregatno stanje povezane su međusobno veoma jakim privlačnim silama. U većini slučajeva čiste čvrste supstance imaju pravilan geometrijski oblik koji se ispoljava u vidurazličitih klasa kristala.

Struktura atoma

Atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i elektronskiog omotača koji sadrži istu količinu negativnog naelektrisanja, te je atom u celini elektroneutralan. 

N(p+) = N(e-)

Jezgro atoma se nalazi u središtu atoma i sastoji se od protona i neutrona koje jednim imenom nazivamo nukleoni.

Svaki atom je definisan atomskim brojem (Z) i masenim brojem (A). 

Broj protona u jezgru nekog atoma jednak je atomskom broju tog elementa: Z = N(p+).

Zbir protona i neutrona u jezgru daje maseni broj: A = N(p+) + N(n)

Broj neutrona jednak je razlici masenog i atomskog broja: N(n) = A - Z

Izotopi - atomi istog elementa koji imaju isti broj protona, a različit broj neutrona, tj. to su isti elementi koji imaju isti redni broj (Z), a različiti maseni broj (A).

Izobari - atomi različitih elemenata čiji je zbir protona i neutrona jednak, tj. to su elementi koji imaju isti maseni broj (A), a različiti redni broj (Z).

Izotoni - atomi različitih elemenata koji imaju jednak broj neutrona.

Šta će meni ovaj blog?

Ja ne želim ovde da prosipam neku pamet i otkrivam toplu vodu. Sve što postavim na ovaj blog, verovatno ste već videli, čuli, pročitali ili znali. Samo želim da pomognem onima koji kao ja sve što ne mogu da nađu u knjizi ili im nešto nije skroz jasno potraže na internetu. Nadam se da ću im biti od koristi. 
Ah, da. Zaboravila sam da kažem šta ću ovde da postavljam. I evo sad zvanično (bubnjeve molim :D) - postavljaću ono što ja trenutno učim. Sve, ali baš sve. A to je u ovom momentu hemija za prijemni ispit za farmaceutski fakultet. To je ta moja mala slatka muka - hemija. 

Po glavi mi se stalno vrti -protoni, elektroni, neutroni. Aaaaaaaa! :O

Ni matematiku neću da zapostavim :) Ako nekom treba pomoć - neka traži, a ja se nadam da ću uspeti da pomognem. 
Još par stvari i obećavam neću više :) 
Pošto sam završila medicinsku školu (farmaceutski tehničar), mogu da pomognem i oko tih predmeta, tako da vičite! :) :) :) 
Ako nekom treba spisak šta sve treba da se uči za prijemni na Farmaceutskom fakultetu u Beogradu ili Novom Sadu - poslaću o mom trošku na vaš e-mail :)
I tako... Valjda nisam napisala previše gluposti :) To bi bilo to. Ako neko ima još neku ideju šta da postavljam na ovaj blog, neka slobodno predloži - ne ujedam :) 
Odoh da učim rastvore :)
S.