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:
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.
- 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).
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 |
\(\pi\)-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) 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.
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.
Повећањем вишеструкости везе (од једноструке ка трострукој) расте и укупна чврстина везе између атома.
| 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) |
