2. Chemická väzba, periodická sústava prvkov Flashcards
J.W. Dobereiner (1817)
jeden z prvých známejších pokusov usporiadať prvky do skupín
usporiadal prvky do triád
princíp jeho teórie
vlastnosti prostredného boli aritmetickým priemerom vlastností oboch krajných prvkov = zákon triád
J.A. Newlands (1865)
usporiadal prvky do skupín po osem
= zákon oktáv
D.I. Mendelejev (1869)
zoradil prvky podľa stúpajúcej atómovej hmotnosti
čo ešte objavil
- objavil periodicitu určitých vlastností
= formuloval periodický zákon
periodický zákon
,,Vlastnosti prvkov sú periodickou funkciou ich protónového čísla”
Periodická tabuľka prvkov (PTP)
grafickým vyjadením periodického zákona
najrozšírenejšia forma je polodlhá forma tabuľky
prvky v PTP sú usporiadané do siedmich vodorovných radov
= periód
- označujeme číslami 1, 2…, 7 alebo K, L, M, N, O,P, Q
- obsahujú 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 prvkov
1.perióda
- obsahuje 2 prvky (H, He)
- volá sa aj základná
- 7.perióda
- začína prvkom, ktorý má…
- končí…
- 7.perióda
…má e- konfiguráciu valenčnej vrstvy ns¹
…vzácnym plynom s oktetovou konfiguráciou valenčnej vrstvy ns²np⁶
-
2.perióda
“prvá krátka”
- obsahuje 8 prvkov = Li - Ne
3.perióda
“druhá krátka”
- obsahuje 8 prvkov = Na - Ar
4.perióda
“prvá dvojnásobná”
- obsahuje 18 prvkov = K - Kr
5.perióda
“druhá dvojnásobná”
- obsahuje 18 prvkov = Rb - Xe
6.perióda
“veľká štvornásobná”
- obsahuje 32 prvkov = Cs - Rn
7.perióda
“veľká štvornásobná”
- obsahuje 32 prvkov = Fr - Og
Nové prvky v PTP
1) nihonium 113Nh
2) moscovium 115Mc
3) tennessine 117Ts
4) oganesson 118Og
Rozdelenie prvkov podľa typov valenčných orbitálov
podľa zapĺňania určitých typov valenčných orbitálov e- sa prvky rozdeľujú
A) neprechodné
B) prechodné
C) vnútorne prechodné
A) neprechodné
s prvky
- valenčné e- sú v orbitáloch ns
p prvky
- valenčné e- sú v orbitáloch ns np
B) prechodné
d prvky
- valenčné e- sú v orbitáloch (n-1)d
C) vnútorne prechodné
f prvky
- lantanoidy a aktinoidy
- valenčné e- sú aj na vnútorných orbitáloch (n-2)f
periodická sústava prvkov sa skladá zo zvislých stĺpcov
= Skupiny
Skupiny
- označujeme rímskymi číslami
- I., II., III…. VII alebo arabskými číslami 1-18 (od r.1986)
- označenie rímskymi číslami sa ešte rozdeľuje na hlavné podskupiny A vedľajšie podskupiny B
v skupinách sú umiestnené prvky
s podobnou e- konfiguráciou valenčnej vrstvy
počet valenčných elektrónov atómu
totožný s číslom skupiny, v ktorej je prvok umiestnený
I.A (1.) skupina
alkalické kovy
- tvoria ju prvky (H), Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns¹
,,Hana Líbá Na Křižovatce Robustního Cestáře Frantu”
II.A (2.) skupina
kovy alkalických zemín
- tvoria ju prvky Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns²
,,Běžela Magda Caňonem, Srazila Banán Ramenem”
III.A (3.) skupina
triely
- tvoria ju prvky B, Al, Ga, In, Tl, Nh
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np¹
,,Byl Alexej Gagarin Indickým Tlumočníkem?”
IV.A (4.) skupina
tetrely
- tvoria ju prvky C, Si, Ge, Sn, Pb
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np²
,,Copak Si Gertruda Snědla Plombu”
V.A (5.) skupina
pentely
- tvoria ju prvky N, P, As, Sb, Bi
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np³
,,Náš Pan Asistent Sbírá Bikiny”
VI.A (6.) skupina
chalkogény
- tvoria ju prvky O,S, As, Sb, Bi
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np⁴
,, Ó Slečny Sejměte Tenké Podkolenky”
VII.A (7.) skupina
halogény
- tvoria ju prvky F, Cl, Br, I, At
- elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np⁵
,,Franta Cloumal Bromem Jako Atlet”
VIII.A (8.) skupina
vzácne plyny
- tvoria ju prvky He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
elektrónová konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np⁶ (He ns² = duplet)
,,Helena Nese Arašídy Králi Xenonu Ráno”
Periodicita vlastností v PTP (kovy)
- prvky s (okrem vodíka H)
- niektoré prvky p (ľavý dolný roh)
- všetky prvky d & f
Periodicita vlastností v PTP (nekovy)
- s prvky
- vodík H
- časť p prvkov (pravý horný roh)
Periodicita vlastností v PTP (polokovy)
- B, Si, Ge, As, Sb, Te
kovové vlastnosti
v skupinách rastú zhora dolu
v periódach rastú sprava doľava
nekovové
opačne
Atómové polomery
v skupinách rastú zhora nadol
v periódach rastú sprava doľava
(najväčšie polomery: alkalické kovy)
(najmenšie polomery: halogény)
Elektronegativita
- schopnosť atómu priťahovať elektróny
- Δ χ (chí)
v skupinách = rastie zdola nahor
v periódach = rastie zľava doprava
Ionizačná energia I
- energia potrebná na odtrhnutie najslabšieho viazaného elektrónu z atómu alebo iónu (kJ/mol)
- jej hodnota charakterizuje schopnosť atómu odovzdávať elektróny = ak je malá, atóm ľahko odovzdáva elektróny
- stúpa zľava doprava
(jej hodnota udáva pevnosť viazania e- v atóme) - prvky, ktoré ľahko tvoria katióny
Elektrónová afinita A
- energia, ktorá sa uvoľní prijatím e- za vzniku aniónu z atómu (kJ/mol)
- jej hodnota charakterizuje schopnosť atómu prijať elektrón
- prvky, ktoré ľahko tvoria anióny
Kyselinotvorné a zásadotvorné vlastnosti
zásadotvorné
s¹ a s² prvky
Kyselinotvorné a zásadotvorné vlastnosti
kyselinotvorné
nekovy
N, P, O, S
halogény
Kyselinotvorné a zásadotvorné vlastnosti
amfotérne
Al, Zn
Oxidačno-redukčné vlastnosti
redukovadlá = ľahko tvoria katióny
ľahko odovzdávajú valenčné e-
hlavne s¹ a s² prvky
Oxidačno-redukčné vlastnosti
oxidovadlá = ľahko tvoria anióny
ľahko prijímajú valenčné e
hlavne p4 a p5 prvky
Chemická väzba I
vzniká preto, lebo to je energeticky výhodnejšie
sily, ktoré viažu atómy = príťažlivé sily medzi jadrami a elektrónmi viazaných atómov
väzbová energia
energia, ktorá sa vylúči pri vytvorení chemickej väzby
- čím väčšia väzbová energia = tým silnejšia je väzba (kJ/mol)
väzbová dĺžka
medzijadrová vzdialenosť, pri ktorej majú viazané atómy najnižšiu energiu (nm)
disociačná energia
ak chceme väzbu rozštiepiť, musíme dodať rovnako veľkú energiu (kJ/mol)
prvok
chemicky čistá látka (chčl)
- zložená z atómov s rovnakým Z, vyjadrujeme značkou
zlúčenina
chemicky čistá látka (chčl)
- stavebná častica = molekula
- zložená z dvoch alebo viacerých atómov viazaných chemickou väzbou
- zloženie vyjadrujeme chemickým vzorcom
Kovalentná chemická väzba (1.)
vzniká medzi atómami vytvorením spoločného elektrónového páru
Kovalentná chemická väzba (2.)
vzniká prekrytím valenčných orbitálov atómov, ktorých elektróny majú opačný spin
môže byť sigma σ a pí π
Sigma väzba σ
“jednoduchá väzba”
- vzniká čelným prekrytím valenčných orbitálov umiestnených pozdĺž spojnice jadier (orbitály s-s, s-p, p-p)
= vzniká jeden väzbový elektrónový pár
- napr. H2, F2
Pí väzba ℼ
Vzniká bočným prekrytím orbitálov kolmých na spojnicu jadier (orbitály p-p, p-d, d-d)
Pí väzba ℼ (dvojitá väzba)
za vzniku dvoch väzbových elektrónových párov
- napr. O2, S2
Pí väzba ℼ (trojitá väzba)
za vzniku troch väzbových elektrónových párov
- napr. N2, P2O3
Polarita väzby
závisí od elektronegativity atómu
1) Nepolárna = 0≤ Δ χ ≤ 0,4
2) Polárna = 0,4 < Δ χ ≤ 1,7
3) Iónová = χ > 1,7
Nepolárna kovalentná väzba
0≤ Δ χ ≤ 0,4
zvyčajne medzi atómami toho istého prvku
Napr: Cl2, CH4
Polárna kovalentná väzba
0,4 < Δ χ ≤ 1,7
- elektróny väzbového elektrónového páru nie sú priťahované oboma jadrami zlúčených atómov rovnako
Napr: HCl, CO2
Vlastnosti zlúčenín s kovalentnou väzbou
1) tuhé, tvrdé látky zložené z atómov (atómové alebo kovalentné kryštály)
2) Silné kovalentné väzby medzi atómami vytvárajú priestorové siete
3) vysoké teploty topenia
4) nerozpustné v polárnych rozpúšťadlách
Napr. C / diamant
Iónová väzba
Δ χ > 1,7
podstatou iónovej väzby sú príťažlivé sily medzi kladne (katiónmi) a záporne (aniónmi) nabitými iónmi
- katión / anión vytvára okolo seba elektrostatické pole
- napr. typické najmä pre alkalické kovy
ióny vznikajú
prenosom elektrónov medzi atómami v priebehu chemickej reakcie
iónové kryštály
- pravidelné trojrozmerné štruktúry
- vzniká vzájomným obklopovaním sa katiónov a aniónov
- každý anión má snahu stabilizovať sa vytvorením vrstvy z katiónov
jeden z atómov elektróny odovzdáva, vzniká katión
Na^0 – e- → Na+
atóm prijme elektrón, stáva sa z neho anión
Cl^0 + e- → Cl-
Zlúčeniny s iónovou väzbou
- iónové kryštalické látky
- sú vybudované z iónov
- katióny a anióny sú v štruktúrach pravidelne usporiadané a vzájomne viazané iónovou väzbou
vlastnosti zlúčenín s iónovou väzbou
1) Tuhé tvrdé látky, krehké a štiepateľné
2) Vysoké teploty topenia a varu (600 - 2000˚C)
3) Dobre rozpustné vo vode
4) Vodné roztoky obsahujú voľne pohyblivé ióny a vedú elektrický prúd
napr.: NaCl, NH4+
Kovová väzba
1) medzi atómami v kryštálovej štruktúre kovu
2) atómy prítomné v kove poskytujú valenčné elektróny na vytvorenie elektrónového oblaku (patrí všetkým atómom)
3) katióny kovov sú pravidelne usporiadané
podstatou kovovej väzby
sú príťažlivé sily medzi voľne sa pohybujúcimi valenčnými elektrónmi (elektrónovým oblakom) a katiónmi v kove
Vlastnosti látok s kovovou väzbou
- tvoria kovové kryštály
- v štruktúrach kovu je najtesnejšie usporiadanie atómov
- základná častica: atóm kovu
Vlastnosti látok s kovovou väzbou (2.)
1) nemá smerový charakter
2) dobrá elektrická vodivosť
- zdieľané elektróny vo forme elektrónového plynu = môžu sa ľahko premiestňovať v mriežke kovového kryštálu
Vlastnosti látok s kovovou väzbou (3.)
3) tepelná vodivosť
- vzruch, ktorý vyvolá zvýšenie teploty na jednej strane kovu, sa pomocou šírenia kmitov v kovovej mriežke rýchlo prenesie na druhú stranu
4) kujnosť a ťažnosť
- pri vzájomnom posune vrstiev katiónov zostáva kryštálová mriežka kovu zachovaná
- chemické väzby sa pritom narúšajú len nakrátko a minimálne
-
príklady látok s kovovou väzbou
Fe, Zn, Al, 14-karátové Au, Ag, Cu
Koordinačná väzba
donorno - akceptorná
môže vzniknúť aj prekrytím atómového orbitálu jedného atómu (obsahuje e- pár s prázdnym atómovým) orbitálom druhého atómu
donor
častica, ktorá poskytuje na vytvorenie väzby elektrónový pár
akceptor
častica, ktorá prijíma väzbový elektrónový pár
Kovalentná
VS
koordinačná väzba
- sú rovnaké, líšia sa len spôsobom ich vzniku
- pri tomto type väzby atómy zdieľajú väzbový elektrónový pár (ide teda o kovalentnú väzbu)
komplexné zlúčeniny d-prvkov
schopnosť vytvárať koordinačné väzby majú hlavne d prvky, ktoré majú voľné d orbitály
donor
ligandom
akceptor
centrálny atóm
Medzimolekulové príťažlivé sily
molekulami sa vo všetkých troch skupenstvách uplatňujú sily elektrostatického charakteru
Van der Waalsove sily
vzájomné pôsobenie medzi čiastkovými nábojmi na atómoch v molekulách
polárne molekuly
H-Cl….H-Cl
trvalé elektrické dipóly
nepolárne molekuly
Cl-Cl, H-H…H-H
definícia Van der Waalsových síl
- sú veľmi slabé
- vyskytujú sa vo všetkých skupenstvách
stavebné častice
molekuly
molekuly
- sú navzájom viazané van der Waalsovými silami
- tvoria molekulové kryštály
molekulové kryštály
- krehké (príťažlivé sily medzi molekulami sú slabé)
- majú nízke teploty topenia varu (rovno sublimujú)
Vodíková väzba
vzniká medzi atómom vodíka (1) a atómom susednej molekuly (2)
atóm vodíka (1)
kovalentne viazaný na atóm prvku s veľkou hodnotou elektronegativity (napr. fluór, kyslík, dusík)
atóm susednej molekuly (2)
veľký záporný čiastkový náboj a na ktorom je neväzbový elektrónový pár
(má veľkú elektronegativitu)
príklad vodíkovej väzby
napr. pôsobenie medzi dvoma molekulami fluorovodíka alebo dvoma molekulami vody
čo je silnejšie
Vodíková väzba
VS
Van der Waalsove sily
vodíková väzba je silnejšia ako van der Waalsove sily
definícia vodíkovej väzby
podstatou vodíkovej väzby sú príťažlivé sily medzi kladným a záporným čiastkovým nábojom polárnych molekúl
Vlastnosti látok s vodíkovou väzbou
- sú tvorené z molekúl
prítomnosť vodíkových väzieb
1) zvyšuje teplotu topenia
2) teplotu varu látok
vodíkové väzby:
mimoriadne dôležitá pre živé organizmy
- pútané reťazce v dvojzávitnici DNA
- tvoria aminokyseliny = tvorba proteínov
- ovplyvňuje mnohé fyzikálne vlastnosti látok (ľad menšiu hustotu ako kvapalná voda)
kryštalické látky / kryštály
- kryštálová štruktúra/mriežka
- v tuhom skupenstve utvorené z veľkých zhlukov častíc (atómov, iónov alebo molekúl) s pravidelným priestorovým usporiadaním
kryštalické látky / kryštály:
vonkajší prejav
pravidelný tvar
- súmernosť (symetria)
- povrch tvoria
1) rovinné kryštálové plochy
2) hrany
3) vrcholy
kryštalické látky / kryštály:
základná bunka
- jednoduché zoskupenie častíc kryštálu
opakuje sa v celom kryštáli
kryštalické látky / kryštály:
typy
1) iónové
2) atómové (kovalentné)
3) molekulové
4) vrstevnaté
iónové kryštály
- iónové zlúčeniny v tuhom skupenstve
- v prírode ako minerály
iónové kryštály:
vlastnosti
1) veľké hodnoty teploty topenia
2) tvrdosť
3) krehkosť
iónové kryštály:
príklady
NaCl, KBr, NH4, Cl, K2, SO4, CaCO3
atómové (kovalentné) kryštály
kovalentne viazané atómy jedného alebo viacerých prvkov
atómové (kovalentné) kryštály:
vlastnosti
1) mimoriadne tvrdé
2) vysoká teplota topenia
3) v bežných rozpúšťadlách sa nerozpúšťajú
4) nevedú elektrický prúd
5) dobrý vodič tepla
atómové (kovalentné) kryštály:
príklady
diamant C, kremeň SiO2, korund Al2O3
molekulové kryštály
z molekúl, navzájom sú pútané van der Waalsovými silami / vodíkovými väzbami
molekulové kryštály:
vlastnosti
- slabé medzimolekulové sily
- nízka teplota topenia
- prchavé
- nepolárne látky sa nerozpúšťajú vo vode, ale v nepolárnych rozpúšťadlách
molekulové kryštály:
príklady
kryštály H2O (ľad), I2, S8, suchý ľad
vrstevnaté kryštály
- kovalentné, ako aj van der Waalsove sily
1) v jednotlivých vrstvách = kovalentné sily
2) medzi vrstvami = van der Waalsove sily
vrstevnaté kryštály:
vlastnosti
- tuha má rovnaké chemické zloženie ako diamant
- vďaka slabým silám medzi vrstvami je mäkká
vrstevnaté kryštály:
príklady
grafit
