Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 1
Ch i l B di IChemical Bonding I:Basic Concept
A. Chatuporn SawatruksaChemistry Department
Chemical Bonding
28/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 2
Types of Interactions
พนธะภายในโมเลกล พนธะระหวางโมเลกล(intramolecular bond) (intermolecular bond)
พนธะไอออนก (ionic bonds)
พนธะโคเวเลนต (covalent bonds)
พนธะไฮโดรเจน (hydrogen bonds)
แรงแวนเดอรวาลส (Van der W l f )
38/9/2010
bonds)
พนธะโลหะ ( metallic bonds)
Waals forces)
แรงดงดดระหวางโมเลกล-ไอออน(molecule-ion attractions)
magnesium oxide
Potassium dichromate bromine
sucroseIodine
48/9/2010Magnesium copper
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 3
พนธะเคม คอ แรงดงดดระหวางอะตอมในสารประกอบ
Ionic bond คอ แรงดงดดทเกดขนเมออะตอมหนงใหอเลกตรอนแกอกอะตอม
หนง
อะตอมทใหอเลกตรอนแลวจะเปนไอออนทมประจบวก เรยกวา ไอออนบวก
อะตอมทรบอเลกตรอนแลวจะเปนไอออนทมประจลบ เรยกวา ไอออนลบ
Covalent bond เกดจากการทอะตอม 2 อะตอมใชเวเลนซอเลกตรอน 2 อเลกตรอนรวมกน
58/9/2010
Metallic bond เปนแรงดงดดระหวางไอออนบวกของโลหะกบเวเลนซอเลกตรอนทเคลอนทไดอยางเปนอสระภายในผลกโลหะ
Covalent Bonds. .+ H:HH H
H-H or H2
68/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 4
Covalent Bonds
78/9/2010
การเขยนสตรสารโคเวเลนต1. สตรโมเลกล โดยทวไปเขยนสญลกษณของธาตทเปนองคประกอบเรยงตามลาดบของ
ธาต และคาอเลกโทรเนกาตวต แลวระบจานวนอะตอมของธาตทเปนองคประกอบของโมเลกล เชน CO2 , HCl . NH3 , PCl3 , NO2 ฯลฯ
2. สตรโครงสราง คอสตรทแสดงใหทราบวา 1 โมเลกลของสารประกอบดวยธาตใดบาง อยางละกอะตอม และอะตอมของธาตเหลานนมการจดเรยงตวหรอเกาะเกยวกนดวยพนธะอยางไร ซงแบงเปน 2 แบบคอ
- สตรโครงสรางแบบจด คอสตรโครงสรางทแสดงถงการจดอเลกตรอนวงนอกสดใหครบออกเตต ในสารประกอบนน โดยใชจด ( . ) แทนอเลกตรอน 1 ตวสตรโครงสรางแบบเสน คอสตรโครงสรางทแสดงถงพนธะเคมในสารประกอบนนวา
88/9/2010
- สตรโครงสรางแบบเสน คอสตรโครงสรางทแสดงถงพนธะเคมในสารประกอบนนวาพนธะใดบาง โดยใชเสน ( - ) แทนพนธะเคม เสน 1 เสน แทนอเลกตรอนทใชรวมกน 1 ค
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 5
สตรแบบจดของลวอสอะตอมรวมตวกนเพอทาใหเกดการจดอเลกตรอนทมเสถยรภาพเพมขน โดยเสถยรภาพมคามากทสดเมออะตอมมจานวนอเลกตรอนเทากบจานวนอเลกตรอนในอะตอมมจานวนอเลกตรอนเทากบจานวนอเลกตรอนในธาตเฉลอย
G. N. Lewis G. N. Lewis 1875 1875 -- 19461946
98/9/2010
Covalent Bonds
108/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 6
Covalent Bonds and Lewis Structures
M t t i l l d d b i ht l t t hi bl
118/9/2010
• Most atoms in a molecule are surrounded by eight electrons to achieve noble gas configuration. The tendency of these atoms to be surrounded by eight electrons is known as the octet rule.
Octet Rules1. ใหเขยนอะตอมทงหมด อะตอมทเกดพนธะกนเกดใกลกน
2. นบจานวน valence e- ทงหมด ซงกคอ ผลรวมของ valence e- ของอะตอม
ทกอะตอมรวมกนโดย
- ไอออนบวก ใหลบจานวนอเลกตรอนดวยคาประจบวก
- ไอออนลบ ใหนบจานวนประจลบเพมเขาไป
3. ใสจดแทน valence e- รอบอะตอมเปนคๆ โดยจดใหแตละอะตอม มจานวน
อเลกตรอนลอมรอบครบ 8 ตว (ยกเวน H = 2 , Be = 4 , B = 6)
128/9/2010
4. ในกรณทใช valence e- จนหมดแลว แตละอะตอมยงไมครบ 8 ตว
จะหมายถงไดวา อาจตองมพนธะค หรอพนธะสามเกดขน
5. กรณทอะตอม 3 ตว อะตอมทจะตองอยตาแหนงกลาง คอ อะตอมทมคา EN ตา
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 7
พนธะเดยว (single bond) แสดงดวยจด คอ (:) หรอ ( )
พนธะค (double bond) แสดงดวยจด คอ (::) หรอ ( )
Octet Rules
อเลกตรอนทเกยวของกบการสรางพนธะ เรยกวา bonding electron
อเลกตรอนทเกยวของกบการสรางพนธะ เรยกวา non-bonding electron
พนธะสาม (triple bond) แสดงดวยจด คอ (:::) หรอ ( )
Double bondDouble bondDouble bondDouble bond
138/9/2010
Single bondSingle bondSingle bondSingle bond
Triple bondTriple bondTriple bondTriple bond
AcrylonitrileAcrylonitrileAcrylonitrileAcrylonitrile
Molecule H2O NH3 CH4
Number of each kind of atom in molecule
O = 1H = 2
N = 1H = 3
C = 1H = 4
Valence electrons for each atom
O = 6H = 1
N = 5H = 1
C = 4H = 1
Total number of valence electrons
O = 1 x 6 = 6H = 2 x 1 = 26 + 2 = 8
N = 1 x 5 = 5H = 3 x 1 = 35 + 3 = 8
C = 1 x 4 = 4H = 4 x 1 = 44 + 4 = 8
Skeleton Structure
148/9/2010
Arrangement of dots
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 8
Covalent Bonds and Lewis Structures1. Hydrogen Compounds
158/9/2010
2. Oxo Acids and Their Anions
Covalent Bonds and Lewis Structures
168/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 9
3. Isoelectronic species have the same number of valence electrons and the same Lewis structure.
Covalent Bonds and Lewis Structures
178/9/2010
Co-ordinate covalent bondsพนธะระหวาง N-H ใน NH4
+
188/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 10
Co-ordinate covalent bonds
198/9/2010
• These atoms can form coordinate covalent bonds in which the pair of electrons in the covalent bond originate from one atom.
Octet Rule - means 8
EXCEPT ขอยกเวนทสาคญม 3 กรณ คอ1 โมเลกลมจานวนอเลกตรอนเปนเลขค1. โมเลกลมจานวนอเลกตรอนเปนเลขค2. โมเลกลมอเลกตรอนนอยกวาออกเตต3. โมเลกลมอเลกตรอนมากกวาออกเตต
208/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 11
EXCEPT Octet Rule
218/9/2010
การหาประจฟอรแมล (Formal charge)
(FC) = V – (L + S/2)
V = จานวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมนนๆV จานวนเวเลนซอเลกตรอนของอะตอมนนๆL = จานวนอเลกตรอนทไมสรางพนธะ (lone pair electrons)S = จานวนอเลกตรอนในพนธะ (shared electrons)
- ถาทกอะตอมมประจฟอรแมลเปนศนยแสดงวาทกอะตอมในสตรโครงสรางลวอสมอเลกตรอนเทากบเวเลนซอเลกตรอนของอะตอม และพนธะทกพนธะเปนพนธะโคเวเลนซ- ถาอะตอมมประจฟอรแมลไมเทากบศนยแสดงวามพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ
228/9/2010
* อะตอมทมประจฟอรแมลเปนลบ แสดงวาเปนอะตอมทรบคอเลกตรอน * อะตอมทมประจฟอรแมลเปนบวก แสดงวาเปนอะตอมทใหคอเลกตรอน
•Sum of FC on atoms in neutral molecule is 0•Sum of FC on atoms in ion is charge on ion
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 12
Formal charge
ex: CH3OH
- 1st Diagram:
(1) (2)
- 2nd Diagram:
238/9/2010
gC = 4 - (2 + 6/2) = -1 O = 6 - (2 + 6/2) = 1 H = 1 - (0 + 2/2) = 0
C = 4 - (0 + 8/2) = 0 O = 6 - (4 + 4/2) = 0 H = 1 - (0 + 2/2) = 0
Resonance หมายถง การใชสองหรอหลายโครงสรางลวอสเพอบรรยายถงโมเลกลหนง แตละโครงสรางเรยกวา resonance structure
Resonance Structure
O3
248/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 13
Resonance Structure
258/9/2010
Resonance Structure
268/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 14
Resonance Structure
“ resonance hybrid ”
278/9/2010
“ delocalize electron ”
สมบตทวไปของโครงสรางเรโซแนนซ
1. โครงสรางเรโซแนนซเกดกบโมเลกลหรอไอออนทมพนธะคหรอพนธะสาม
2. ตาแหนงทอยของอะตอมในแตละสตรจะตองจดเปนแบบเดยวกน มแตตาแหนงคอเลกตรอนสรางพนธะและคอเลกตรอนโดดเดยวเทานนทเปลยนแปลง
โ โ 3. สตรโครงสรางเรโซแนนซทกแบบทเขยนจะตองมจานวนคอเลกตรอนเทากน
288/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 15
Use the name of the element to name the following diatomic molecules.
Naming Covalent molecules
H2 hydrogen
N2 nitrogen
Cl2 _______________
298/9/2010
O2 _______________
I2 _______________
Naming Binary Covalent CompoundsTwo nonmetals
Name each element End the last element in -ideAdd prefixes to show more than 1 atom
Prefixesmon- 1 hexa- 6di- 2 hepta- 7
308/9/2010
di 2 hepta 7tri- 3 octa- 8tetra- 4 nona 9penta- 5 deca- 10
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 16
Learning Check Fill in the blanks to complete the following names of covalent compounds.
CO carbon ______oxide
CO2 carbon _______________
PCl3 phosphorus _______chloride
318/9/2010
CCl4 carbon ________chloride
N2O _____nitrogen _____oxide
Formula common name H2O2 hydrogen peroxide
H S h d lfidH2S hydrogen sulfide
N2O nitrous oxide
NO nitric oxide
328/9/2010
N2H4 hydrazine
NH3 ammonia
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 17
โครงสรางโมเลกลทฤษฎการผลกคอเลกตรอนในวงเวเลนซ (Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory : VSEPR)
1. คอเลกตรอนใน valence shell ของอะตอม จะจดตวใหอยหางกนมากทสด เพอใหเกดการผลกกนระหวางอเลกตรอนคตาง ๆ นอยทสด2. การผลกกนระหวางคอเลกตรอน จะลดลงตามลาดบดงน
lp – lp > lp – db > lp – Sb > db – db > db – Sb > Sb – Sb เมอ lp = อเลกตรอนคโดดเดยว dp = พนธะค Sb = พนธะเดยว
ใ
338/9/2010
3. สาหรบ multiple bond ใหถอวามอเลกตรอนทรวมสรางพนธะกลมเดยว4. ถามอเลกตรอนเดยวจะผลกอเลกตรอนตวอนนอยกวาอเลกตรอนค การผลกกน
ของอเลกตรอนตาง ๆ จะลดลงตามลาดบดงนlone pair > multiple bond > bonding pair > unpaired electron
AXmEn ใ
Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory : VSEPR
m nกาหนดใหA = อะตอมกลางX = อะตอมทเกดพนธะกบ Am = จานวนคของ bonding electronE = nonbonding electron หรอ lone pair electronn = จานวนคของ nonbonding electron
348/9/2010
n จานวนคของ nonbonding electron
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 18
A. Central Atoms Surrounded by Only Single-Bond Pairs
The Shapes of Covalent Moleculars
358/9/2010
Molecular ShapesB. Central Atoms with Single-Bond Pairs and Lone Pairs
• The molecular geometry depends on the electron pair geometry (i.e. the total number of electron pairs on the central atom).
368/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 19
Molecular Shapes
378/9/2010
ค e- รอบอะตอมกลาง
m n สตร Overall Geometry รปรางโมเลกล มมพนธะ ตวอยาง
รปรางโมเลกลประเภทตางๆ ตามทฤษฎ VSEPR
2 2 0 AX2 linear linear 180๐ BeF2
3 32
0 1
AX3
AX2Etrigonal planar trigonal planar
V-shaped120๐
<120๐
BF3
SO2
4 4 32
0 12
AX4
AX3EAX2E2
tetrahedral tetrahedral trigonal pyramidal
V-shaped
109.5๐
<109.5๐
<109.5๐
CH4
NH3
H2O
5 5 0 AX5 trigonal bipyramid trigonal bipyramid 120๐ , 90๐ PF5
388/9/2010
432
123
AX4EAX3E2
AX2E3
distorted tetrahedronT-shaped
linear
<120๐ , <90๐
<90๐
180๐
SF4
ClF3XeF2
6 6 54
0 12
AX6
AX5EAX4E2
octahedral octahedral square pyramid
square linear
90๐
<90๐
90๐
SF6
ClF5
XeF4
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 20
ทฤษฎ VSEPR กบมมพนธะ
ผลของอเลกโตรเนกาตวตตอมมพนธะ
โ โ ผลของโครงสรางเรโซแนนซ
ผลของพหพนธะตอมมพนธะ
398/9/2010
ทฤษฎพนธะเวเลนซ (Valence Bond Theory: VB)เปนทฤษฎของกลศาสตรควอนตมทใชอธบายการเกดพนธะโคเวเลนตของโมเลกล
408/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 21
ชนดของพนธะโคเวเลนซพนธะซกมา (σ) คอ พนธะทเกดจากการซอนเกยกนของออรบทลเชงอะตอมแบบดานปลายตามแนวเสนตอระหวางนวเคลยสของอะตอม
พนธะไพ (π) คอ พนธะทเกดจากการซอนเกยกนของออรบทลเชงอะตอม( )แบบดานขางโดยสวนทซอนเกยกน ของออรบทลอยดานบนและดานลาง ของแนวเสนตอระหวางนวเคลยส
s + s orbital
418/9/2010
s + p orbital
p + p orbital
p + p orbital
Hybridizationชนดของออรบทล ชนดของไฮบรดออรบทล รปราง
s, p sp - hybrid orbital เสนตรง (linear)(linear)
s, p, p sp2 - hybrid orbital ระนาบสามเหลยม(trigonal planar)
s, p, p sp3 - hybrid orbital ทรงสหนา(tetrahedral)
3
428/9/2010
s, p, p, p, d sp3d - hybrid orbital พระมดคฐานสามเหลยม(trigonal bipyramid)
s, p, p, p, d, d sp3d2 - hybrid orbital ทรงแปดหนา(octahedral)
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 22
sp hybridization
438/9/2010
sp2 hybridization
448/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 23
sp3 hybridization
458/9/2010
468/9/2010
Mahidol Wittayanusorn School 8/9/2010
A.Chatuporn Sawatruksa 27
538/9/2010
Hybridization - Carbonพนธะเดยว = พนธะ σ 1 พนธะ
พนธะค = พนธะ σ 1 พนธะ + พนธะ π 1 พนธะ
พนธะสาม = พนธะ σ 1 พนธะ + พนธะ π 2 พนธะ
Hybridization
Hybridizing Orbitals
UnhybridizedOrbitals
sBonds
pBonds
Example
sp s + p = 2 sp 2 p 2 2
548/9/2010
sp2 s + 2p = 3 sp2 1 p 3 1
sp3 s + 3p = 4 sp3 none 4 none