Chemická vazba

Vymezení pojmu chemická vazba a podmínek jejího vzniku. Charakteristika vazeb. Rozdělení chemických vazeb. Násobné vazby. Polarita vazeb. Koordinačně – kovalentní vazba. Slabší vazebné interakce (vodíková vazba, van der Waalsova vazba). Vaznost. Vlastnosti látek v závislosti na povaze vazby. Hybridizace. Tvary molekul.

Chemická vazba

molekula:

• molekula – 2 a více atomů x sloučenina – 2 a více prvků
• stálé uskupení atomů spojené chemickými vazbami
• homonukleární  (stejné atomy) x heteronukleární (různé atomy)
• elektroneutrální molekuly x molekulové ionty
• radikály: vysoce reaktivní částice obsahující jeden nebo více nepárových elektronů
• nejstabilnější systémy s nejnižší energií

chemická vazba:

• poutá atomy prvků v molekule prostřednictvím valenčních elektronů
• vznik/zánik: chemickou reakcí
• vazebná energie: uvolňuje se při tvorbě chemické vazby
• disociační energie: energie dodaná pro rozštěpení vazby
• vazebná/disociační energie: stejná hodnota, kJ/mol, čím je větší – tím je vazba pevnější
• délka vazby: vzdálenost jader vázaných atomů

Parametry chemické vazby

energie vazby          

• každá vazba má svoji určitou energii
• při štěpení vazeb energii dodávám – disociační energie – značím (+)
• při vzniku vazby se energie uvolní – vazebná energie – značím (-)
• k rozštěpení vazby a ke vzniku vazby je potřeba stejná energie
• čím je vyšší hodnota vazebné energie, tím je vazba pevnější
• dle vazeb můžu odhadnout vlastnosti
• nízká vazebná energie – nestabilní (samovznícení…)

2) délka vazby         

• souvisí s atomovým poloměrem – přímo úměrně
• čím delší – tím snáz oddělím atomy

Podmínky vzniku chemické vazby

• atom nemá zaplněnou valenční vrstvu (snaha přiblížit se elektronové konfiguraci vzácného plynu)
• dostatečné přiblížení atomů s dostatečně vysokou energií
• opačný spin

Charakteristika vazeb

kovalentní vazba:

• založena na sdílení elektronového páru
• 1 pár – jednoduchá vazba, 2 páry – dvojná vazby…
• každý z atomů dosahuje stabilní elektronové konfigurace nejbližšího vzácného plynu

iontová vazba:

• vysoký rozdíl elektronegativit (> 1,7)
• založena na elektrostatickém přitahování mezi kationem a anionem
• prvky I. a II. A s prvky VI. a VII. A
• 2 atomy: jeden odevzdáním 1-2 elektronů a druhý přijetím stejného počtu atomů dosáhnou konfigurace vzácného plynu
• Li + F → Li⁺F^–
• iontové sloučeniny – pevné vazby, vysoká teplota tání a varu, vedou elektrický proud, rozpustné ve vodě

kovová vazba:

• mezi atomy kovu – v tuhém stavu
• elektrostatickou přitažlivostí kationtů kovů a volně se pohybujících valenčních elektronů
• ve struktuře kovů, které mají nízký počet valenčních elektronů
• v kovech volný pohyb elektronu
• delokalizovaná vazba, mřížka

koordinačně kovalentní vazba = donorakceptorová, dativní

• donor – dárce: 1. atom dá 2 elektrony
• akceptor – příjemce: 2. atom dá 0 elektronů, volná valenční vrstva
• vlastnosti jako kovalentní vazba

slabší vazebné interakce:

• Van der Waalsovy síly: přitahování opačných pólů molekul, nebo nábojů iontů
• Vodíková vazba: vodík – prvek s vysokou elektronegativitou (F, O, N), vodík – volný elektronový pár prvku

Rozdělení chemických vazeb

• sigma vazba – nachází se na spojnici atomových jader
• pí vazba – nachází se mimo spojnici atomových jader

násobné vazby

• jednoduchá – vždy typ sigma
• dvojná – jedna sigma a jedna pí
• trojná – 2 pí a jedna sigma

elektronegativita

• schopnost přitahovat valenční elektrony
• nepolární: DX < 0,4
• polární: DX= 0,4-1,7  značím δ⁺ δ^–
• iontová: DX > 1,7

Vaznost

• číslo, které udává, kolik kovalentních vazeb s jinými atomy daný atom vytváří
• určení vaznosti (2. a 3. perioda) – Oktetové pravidlo > stabilní konfigurace vzácného plynu (elektrony vazby – valenční vrstva obou atomů),
• průnik valenčních orbitalů (energeticky výhodnější – chudší) – molekulový orbital > pí a sigma

Vlastnosti látek v závislosti na povaze vazby

• kovalentní nepolární vazba:
  • nerozpustné ve vodě, rozpustné v nepolárních rozpouštědlech (benzen, tetrachlormetan)
  • nevedou elektrický proud
• polární iontová vazba:
  • rozpustné ve vodě, nerozpustné v nepolárních rozpouštědlech
  • v tavenině/roztoku vedou elektrický proud
• kovová vazba:
  • vedou elektrický proud a teplo
  • kujné a tažné

Hybridizace

• týká se vazeb sigma
• určujeme pouze hybridizaci středového atomu molekuly > odvození tvaru
• tvarové a energetické sjednocení orbitalů > hybridní orbitaly
• energie hybridního orbitalu > průměr původní energie orbitalů
• vazebné možnosti atomů jsou dány stavbou jejich orbitalů
• hybridní orbitaly > tvary molekul
• energie potřebná k excitaci a vytvoření valenčního excitačního stavu < vazebná energie
• sp > lineární (CO)
• sp2 > rovnostranný trojúhelník (BCl₃)
• sp3 > čtyřstěn (tetraedr) (CH₄, H₂O, NH₃)
• sp3d > pravidelný trojboký dvojjehlan (trigonální bipyramida) (PCl₅)
• sp3d2 > pravidelný čtyřboký dvojjehlan (oktaedr) (SF₆)

PCl₅ (chlorid fosforečný)

• P(Ne): 3s2 3p3 (||)  (|)(|)(|)
• P(Ne)*: 3s1 3p3 3d1 (|)  (|)(|)(|)  (|)()()()()
• hybridizace – dle počtu zaplněných orbitalů: s1p3d1 > sp3d