Потруди се да научиш да приказујеш преклапање орбитала при грађењу везе у следећим молекулима: $ H_2, X_2, HX, O_2 $ и $ N_2 $ (где је X ознака атома халогеног елемента), а за остале молекуле да умеш да прикажеш грађење везе Луисовим симболима.

Ковалентна Веза

Изабери решење задатка:

а)\( \text{H}_2 \)
\[ \text{H}\ (1s^1):\ \text{H}\cdot + \cdot\text{H} \longrightarrow \text{H}-\text{H} \]\[ 1s-1s:\ 1\sigma \]
б)\( \text{X}_2 \)
\[ \text{Cl}\ (3s^2 3p^5):\ :\ddot{\text{Cl}}\cdot + \cdot\ddot{\text{Cl}}: \longrightarrow :\ddot{\text{Cl}}-\ddot{\text{Cl}}: \]\[ 3p_z-3p_z:\ 1\sigma \]
в)\( \text{HX} \)
\[ \text{H}\cdot + \cdot\ddot{\text{Br}}: \longrightarrow \text{H}-\ddot{\text{Br}}: \]\[ 1s-4p_z:\ 1\sigma \]
г)\( \text{O}_2 \)
\[ \text{O}\ (2s^2 2p^4):\ :\ddot{\text{O}}\cdot + \cdot\ddot{\text{O}}: \longrightarrow :\ddot{\text{O}}=\ddot{\text{O}}: \]\[ 2p_z-2p_z:\ \sigma;\quad 2p_y-2p_y:\ \pi \]
д)\( \text{N}_2 \)
\[ \text{N}\ (2s^2 2p^3):\ :\dot{\text{N}}\cdot + \cdot\dot{\text{N}}: \longrightarrow :\text{N}\equiv\text{N}: \]\[ 2p_z-2p_z:\ \sigma;\quad 2p_y-2p_y,\ 2p_x-2p_x:\ 2\pi \]
ђ)\( \text{H}_2\text{O} \)
\[ 2\,\text{H}\cdot + \cdot\ddot{\text{O}}: \longrightarrow \text{H}-\ddot{\text{O}}-\text{H} \]

а) Молекул \( \text{H}_2 \)

Корак 1. Валентни електрони
Атом водоника има конфигурацију \( 1s^1 \), односно један неспарени електрон. Атоми водоника су неметали, па граде ковалентну везу.

Корак 2. Приказ Луисовим симболима
\[ \text{H}\cdot + \cdot\text{H} \longrightarrow \text{H}:\text{H} \quad\text{или}\quad \text{H}-\text{H} \]
Сваки атом постиже дублет (конфигурацију хелијума).

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала


Корак 4. Тип везе
Преклапају се две \( s \)-орбитале, и то чеоно. Настаје \( 1\sigma \)-веза (једнострука веза).

б) Молекул \( \text{X}_2 \) (на пример \( \text{Cl}_2 \))

Корак 1. Валентни електрони
Атом халогеног елемента има 7 валентних електрона. Код хлора је то \( 3s^2 3p^5 \). Три \( p \)-орбитале садрже пет електрона, па је једна од њих полупопуњена. Бирамо да је то \( 3p_z \)-орбитала. Тај један неспарени електрон гради везу.

Корак 2. Приказ Луисовим симболима
\[ :\ddot{\text{Cl}}\cdot + \cdot\ddot{\text{Cl}}: \longrightarrow :\ddot{\text{Cl}}-\ddot{\text{Cl}}: \]
Сваки атом има по три слободна електронска пара и постиже октет.

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала


Корак 4. Тип везе
Две \( p \)-орбитале се преклапају чеоно, дуж осе која спаја језгра. Настаје \( 1\sigma \)-веза.

в) Молекул \( \text{HX} \) (на пример \( \text{HBr} \))

Корак 1. Валентни електрони
Водоник има \( 1s^1 \), а бром има \( 4s^2 3d^{10} 4p^5 \), односно један неспарени електрон у \( 4p_z \)-орбитали.

Корак 2. Приказ Луисовим симболима
\[ \text{H}\cdot + \cdot\ddot{\text{Br}}: \longrightarrow \text{H}-\ddot{\text{Br}}: \]
Водоник постиже дублет, а бром октет.

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала


Корак 4. Тип везе
Преклапају се \( s \)-орбитала водоника и \( p \)-орбитала халогеног елемента. Настаје \( 1\sigma \)-веза.

г) Молекул \( \text{O}_2 \)

Корак 1. Валентни електрони
Кисеоник има конфигурацију \( 2s^2 2p^4 \), односно 6 валентних електрона. Има два неспарена електрона: један у \( 2p_z \)-орбитали и један у \( 2p_y \)-орбитали. Зато два атома кисеоника граде двоструку везу.

Корак 2. Приказ Луисовим симболима
\[ :\ddot{\text{O}}\cdot + \cdot\ddot{\text{O}}: \longrightarrow :\ddot{\text{O}}=\ddot{\text{O}}: \]

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала


Корак 4. Тип везе
Двострука веза садржи једну \( \sigma \)-везу (чеоно преклапање \( 2p_z-2p_z \)) и једну \( \pi \)-везу (бочно преклапање \( 2p_y-2p_y \)).

д) Молекул \( \text{N}_2 \)

Корак 1. Валентни електрони
Азот има конфигурацију \( 2s^2 2p^3 \), односно 5 валентних електрона. Има три неспарена електрона, по један у \( 2p_x \), \( 2p_y \) и \( 2p_z \)-орбитали. Зато два атома азота граде троструку везу.

Корак 2. Приказ Луисовим симболима
\[ :\dot{\text{N}}\cdot + \cdot\dot{\text{N}}: \longrightarrow :\text{N}\equiv\text{N}: \]

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала


Корак 4. Тип везе
Трострука веза садржи једну \( \sigma \)-везу (\( 2p_z-2p_z \)) и две \( \pi \)-везе (\( 2p_y-2p_y \) и \( 2p_x-2p_x \)).

ђ) Остали молекули (на пример \( \text{H}_2\text{O} \))

Корак 1. Валентни електрони
Кисеоник има \( 2s^2 2p^4 \), односно два неспарена електрона, а сваки атом водоника има један. Зато су за један атом кисеоника потребна два атома водоника.

Корак 2. Приказ Луисовим симболима
\[ 2\,\text{H}\cdot + \cdot\ddot{\text{O}}: \longrightarrow \text{H}-\ddot{\text{O}}-\text{H} \]
Настају два заједничка електронска пара (две једноструке везе), а кисеоник задржава два слободна електронска пара и постиже октет.

Кратак запис решења:

\[ \text{H}_2:\ \text{H}-\text{H},\ (1s-1s)\ 1\sigma \]

\[ \text{Cl}_2:\ :\ddot{\text{Cl}}-\ddot{\text{Cl}}:,\ (3p_z-3p_z)\ 1\sigma \]

\[ \text{HBr}:\ \text{H}-\ddot{\text{Br}}:,\ (1s-4p_z)\ 1\sigma \]

\[ \text{O}_2:\ :\ddot{\text{O}}=\ddot{\text{O}}:,\ 1\sigma + 1\pi \]

\[ \text{N}_2:\ :\text{N}\equiv\text{N}:,\ 1\sigma + 2\pi \]

\[ \text{H}_2\text{O}:\ \text{H}-\ddot{\text{O}}-\text{H} \]

Најважније из лекције

Ковалентна веза: Настаје удруживањем неспарених електрона неметала у заједничке парове ради постизања дублета или октета.
Енергетика: Формирањем везе ослобађа се енергија; минимуму потенцијалне енергије одговара стабилно међујезгарно растојање (дужина везе).
Типови веза према преклапању:

$\sigma$-веза: Чеоно преклапање дуж међујезгарне осе ($s-s$, $s-p$, $p-p$); јача веза.
$\pi$-веза: Бочно преклапање паралелних $p$-орбитала изнад и испод осе; слабија веза.

Вишеструкост:

Једнострука веза = $1\sigma$ (нпр. $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{CH}_4$)
Двострука веза = $1\sigma + 1\pi$ (нпр. $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$)
Трострука веза = $1\sigma + 2\pi$ (нпр. $\text{N}_2$, $\text{HCN}$)

Ковалентна веза је хемијска веза која настаје удруживањем валентних електрона атома неметала у заједничке електронске парове, чиме атоми постижу стабилну електронску конфигурацију (дублет хелијума или октет племенитог гаса).

Слободни (невезујући) електронски парови су парови валентних електрона који не учествују у грађењу хемијске везе.

У молекулу хлора ($\text{Cl}_2$) сваки атом хлора ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$) има по 7 валентних електрона. Удруживањем по једног неспареног електрона настаје један заједнички електронски пар (једнострука ковалентна веза $\text{Cl}-\text{Cl}$), док сваки атом задржава по три слободна електронска пара, постижући стабилан октет.

У молекулу амонијака ($\text{NH}_3$) атом азота дели своја 3 неспарена електрона са 3 атома водоника. Настају 3 једноструке везе ($\text{N}-\text{H}$), а на атому азота остаје 1 слободан електронски пар.

Задатак: Колико заједничких и колико слободних електронских парова има у молекулу воде ($\text{H}_2\text{O}$)?

Атом кисеоника има 6 валентних електрона (два неспарена и два спарена електрона), а сваки од два атома водоника по 1 електрон. Настају 2 заједничка електронска пара (две једноструке $\text{O}-\text{H}$ везе) и 2 слободна електронска пара на атому кисеоника.

Грађењем ковалентне везе систем прелази у енергетски стабилније стање - при формирању везе енергија се ослобађа. Невезани (изоловани) атоми имају вишу потенцијалну енергију од атома повезаних у молекул.

При приближавању два атома истовремено делују привлачне силе (између језгра једног атома и електрона другог) и одбојне силе (између два језгра и између њихових електронских омотача).

Дијаграм зависности потенцијалне енергије система два атома водоника од међујезгарног растојања, приказан у 2D Декартовом координатном систему. Хоризонтална X-оса представља међујезгарно растојање `r` (у pm), растући удесно од координатног почетка. Вертикална Y-оса представља потенцијалну енергију `E_p` (у kJ/mol), са нулом у координатном почетку, позитивним вредностима нагоре и негативним надоле. Крива потенцијалне енергије почиње на великом међујезгарном растојању (`r` тежи бесконачности) где се асимптотски приближава X-оси одозго, показујући `E_p = 0`. Како се `r` смањује (атоми се приближавају), крива енергије опада, пролазећи испод X-осе и достижући изражен минимум. Тачка минимума криве одговара међујезгарном растојању `r = 74 pm` (дужина везе) и потенцијалној енергији `E_p = -435 kJ/mol` (енергија везе), где су привлачне и одбојне силе у равнотежи. Ова тачка минимума треба да буде јасно означена. Од тачке `r = 74 pm` на X-оси и `E_p = -435 kJ/mol` на Y-оси, треба да буду повучене испрекидане линије до тачке минимума криве. При даљем смањењу `r` (испод 74 pm), крива потенцијалне енергије нагло и стрмо расте, асимптотски се приближавајући Y-оси када `r` тежи нули, што указује на доминацију одбојних сила. Означити области где доминирају привлачне силе (пре минимума) и одбојне силе (после минимума).

Дужина везе одговара међујезгарном растојању при ком систем достиже минимум потенцијалне енергије, где су привлачне и одбојне силе у савршеној равнотежи.

Задатак: Шта се дешава са потенцијалном енергијом система када се два атома приближе на растојање мање од дужине везе?

Потенцијална енергија нагло расте јер на веома малим растојањима преовлађују одбојне силе између позитивно наелектрисаних језгара два атома.

$\sigma$-веза (сигма веза) настаје директним (чеоним) преклапањем атомских орбитала дуж осе која спаја језгра атома (међујезгарне осе).

$\pi$-веза (пи веза) настаје бочним преклапањем две паралелне $p$-орбитале, при чему се густина електронског облака налази изнад и испод међујезгарне осе.

Тип везе	Начин преклапања	Орбитале које могу учествовати	Релативна јачина
$\sigma$-веза	Чеоно (директно) дуж осе	$s-s$, $s-p$, $p-p$ (дуж међујезгарне осе)	Јача веза (већи степен преклапања)
$\pi$-веза	Бочно (изнад и испод осе)	Паралелне $p-p$ орбитале ($p_x-p_x$ или $p_y-p_y$)	Слабија од $\sigma$-везе

$Шематски приказ типова преклапања атомских орбитала, организован као једна целина са четири јасно означена под-дијаграма (а, б, в, г), приказујући формирање ковалентних веза. Сваки под-дијаграм треба да приказује два атома (представљена њиховим језгрима као малим тачкама или круговима) и њихове орбитале, са визуелним акцентом на област преклапања. Хоризонтална линија треба да означава међујезгарну осу, дуж које се налазе језгра атома. а) **Чеоно s-s преклапање (молекул H2):** Приказати два сферна s-орбитала, свака са својим језгром у центру, како се приближавају дуж међујезгарне осе. Њихов централни део се преклапа и спаја, формирајући јединствени елиптични електронски облак око оба језгра, издужен дуж међујезгарне осе. б) **Чеоно s-p преклапање (молекул HBr):** Приказати један сферни s-орбитал (са језгром у центру) и један дволобни p-орбитал (са језгром у центру између лобова). s-орбитал се преклапа чеоно са једним лобом p-орбитала дуж међујезгарне осе. Ово формира издужени електронски облак око оба језгра, са другим, мањим лобом p-орбитала видљивим на супротној страни. в) **Чеоно p-p преклапање дуж осе z (молекул Cl2):** Приказати два дволобна p-орбитала, свака са својим језгром у центру између лобова, поравната дуж међујезгарне осе. Лобови који су усмерени један према другом директно се преклапају и спајају у један издужени електронски облак дуж осе, док су спољни лобови такође видљиви. Ово представља формирање сигма ($\sigma$) везе. г) **Бочно p-p преклапање паралелних p-орбитала (настанак пи-везе):** Приказати два дволобна p-орбитала позиционирана паралелно један другом и нормално на хоризонталну међујезгарну осу. Горњи лобови се преклапају изнад осе, а доњи лобови се преклапају испод осе, формирајући две засебне, али повезане области електронске густине (једна изнад и једна испод међујезгарне осе). Језгра треба да буду на међујезгарној оси, у центру сваког p-орбитала.$

$\pi$-веза никада не настаје самостално, већ увек као део двоструке или троструке везе уз постојећу $\sigma$-везу.

Задатак: Које се атомске орбитале преклапају при формирању $\sigma$-везе у молекулу бромоводоника ($\text{HBr}$)?

Чеоно се преклапају $1s$-орбитала атома водоника ($_1\text{H}: 1s^1$) и полупопуњена $4p_z$-орбитала атома брома ($_{35}\text{Br}: [\text{Ar}] 4s^2 3d^{10} 4p^5$), градећи једну $s-p$ $\sigma$-везу.

Правило о саставу ковалентних веза:

Једнострука веза (1 заједнички пар) састоји се од једне $\sigma$-везе.
Двострука веза (2 заједничка пара) састоји се од једне $\sigma$-везе и једне $\pi$-везе.
Трострука веза (3 заједничка пара) састоји се од једне $\sigma$-везе и две $\pi$-везе.

Молекул кисеоника ($\text{O}_2$): Два атома кисеоника деле 2 заједничка електронска пара ($\text{O}=\text{O}$). Двострука веза настаје чеоним преклапањем две $2p_z$-орбитале ($\sigma$-веза) и бочним преклапањем две $2p_y$-орбитале ($\pi$-веза).

Молекул азота ($\text{N}_2$): Два атома азота деле 3 заједничка електронска пара ($\text{N}\equiv\text{N}$). Трострука веза настаје чеоним преклапањем две $2p_z$-орбитале ($\sigma$-веза) и бочним преклапањем две $2p_x$-орбитале ($\pi_1$-веза) и две $2p_y$-орбитале ($\pi_2$-веза).

Задатак: Одредите укупан број $\sigma$ и $\pi$ веза у молекулу угљен-диоксида ($\text{O}=\text{C}=\text{O}$).

Молекул $\text{CO}_2$ има две двоструке везе ($\text{C}=\text{O}$). Пошто свака двострука веза садржи једну $\sigma$ и једну $\pi$ везу, укупан број је: 2 $\sigma$-везе и 2 $\pi$-везе.

Задаци за вежбање

Задатак 1 (лак): Колико заједничких и колико слободних електронских парова садржи молекул хлороводоника ($\text{HCl}$)?

Водоник има 1 валентни електрон, а хлор 7. Удруживањем настаје:

1 заједнички електронски пар (једнострука $\text{H}-\text{Cl}$ ковалентна веза),
3 слободна електронска пара (на атому хлора).

Задатак 2 (средњи): За молекул цијановодоника, чија је структурна формула $\text{H}-\text{C}\equiv\text{N}$, одредите:
а) Укупан број $\sigma$-веза
б) Укупан број $\pi$-веза
в) Број слободних електронских парова на атому азота

а) Једнострука веза $\text{H}-\text{C}$ је 1 $\sigma$-веза, а трострука веза $\text{C}\equiv\text{N}$ садржи 1 $\sigma$-везу. Дакле, укупно има 2 $\sigma$-везе.
б) Трострука веза садржи 2 $\pi$-везе.
в) Атом азота има 5 валентних електрона; 3 учествују у вези са угљеником, па му преостаје 1 слободан електронски пар.

Задатак 3 (средњи): Који типови преклапања орбитала доводе до стварања хемијских веза у молекулу воде ($\text{H}_2\text{O}$)?

Атом кисеоника има полупопуњене две $2p$-орбитале, док сваки атом водоника има полупопуњену $1s$-орбиталу. Преклапањем сваке $1s$-орбитале водоника са по једном $2p$-орбиталом кисеоника настају две чеоне $s-p$ $\sigma$-везе.

Задатак 4 (тежак): Упоредите молекуле $\text{Cl}_2$, $\text{O}_2$ и $\text{N}_2$ према броју заједничких парова, врсти присутних веза ($\sigma$ и $\pi$) и релативној чврстини везе.

Молекул	Број заједничких парова	Структура везе	Чврстина везе
$\text{Cl}_2$ ($\text{Cl}-\text{Cl}$)	1 (једнострука)	$1\sigma$	Најмања у овој групи
$\text{O}_2$ ($\text{O}=\text{O}$)	2 (двострука)	$1\sigma + 1\pi$	Средња (јача од једноструке)
$\text{N}_2$ ($\text{N}\equiv\text{N}$)	3 (трострука)	$1\sigma + 2\pi$	Највећа (веома стабилна и чврста веза)

Повећањем вишеструкости везе (од једноструке ка трострукој) расте и укупна чврстина везе између атома.

Тип везе	Начин преклапања	Орбитале које могу учествовати	Релативна јачина
\(\sigma\)-веза	Чеоно (директно) дуж осе	\(s-s\), \(s-p\), \(p-p\) (дуж међујезгарне осе)	Јача веза (већи степен преклапања)
\(\pi\)-веза	Бочно (изнад и испод осе)	Паралелне \(p-p\) орбитале (\(p_x-p_x\) или \(p_y-p_y\))	Слабија од \(\sigma\)-везе

Молекул	Број заједничких парова	Структура везе	Чврстина везе
\(\text{Cl}_2\) (\(\text{Cl}-\text{Cl}\))	1 (једнострука)	\(1\sigma\)	Најмања у овој групи
\(\text{O}_2\) (\(\text{O}=\text{O}\))	2 (двострука)	\(1\sigma + 1\pi\)	Средња (јача од једноструке)
\(\text{N}_2\) (\(\text{N}\equiv\text{N}\))	3 (трострука)	\(1\sigma + 2\pi\)	Највећа (веома стабилна и чврста веза)

Изабери решење задатка:

Кратко решење

Детаљно решење

а) Молекул \( \text{H}_2 \)

Корак 1. Валентни електрони

Корак 2. Приказ Луисовим симболима

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала

Корак 4. Тип везе

б) Молекул \( \text{X}_2 \) (на пример \( \text{Cl}_2 \))

Корак 1. Валентни електрони

Корак 2. Приказ Луисовим симболима

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала

Корак 4. Тип везе

в) Молекул \( \text{HX} \) (на пример \( \text{HBr} \))

Корак 1. Валентни електрони

Корак 2. Приказ Луисовим симболима

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала

Корак 4. Тип везе

г) Молекул \( \text{O}_2 \)

Корак 1. Валентни електрони

Корак 2. Приказ Луисовим симболима

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала

Корак 4. Тип везе

д) Молекул \( \text{N}_2 \)

Корак 1. Валентни електрони

Корак 2. Приказ Луисовим симболима

Корак 3. Приказ преклапањем орбитала

Корак 4. Тип везе

ђ) Остали молекули (на пример \( \text{H}_2\text{O} \))

Корак 1. Валентни електрони

Корак 2. Приказ Луисовим симболима

Кратак запис решења:

Задаци за вежбање

Савладај домаћи уз хиљаде решења, лекција и тестова:

Математика

Физика

Хемија

Историја

Биологија

Географија

PhotoSolveAI

PhotoSolveAI – моћан алат за решавање задатака на основу слике/текста

Савладај
домаћи уз хиљаде решења, лекција и тестова: